Креатин свойства: Спортивное питание: креатин моногидрат — интернет-магазин AtletMarket

9 полезных свойств креатина

Креатин — натуральная добавка, используемая для улучшения спортивных результатов. (1)

Это одна из самых популярных добавок у спортсменов, так как он помогает ускорить формирование мышц и улучшает выносливость. (1, 2, 3, 4)

Несмотря на существование различных мифов, данная добавка полностью безвредна и прошла клинические испытания. Более того, вещество часто используется неврологами для лечения пациентов. (5, 6)

Более 500 научных исследований подтвердили безопасность и эффективность. (2)

Мы подготовили подборку основных свойств вещества, которые были научно доказаны.

Что такое креатин?

Креатин — это вещество, которое естественным образом содержится в мышечных клетках. Он помогает мышцам вырабатывать энергию во время поднятия тяжестей или выполнения упражнений с высокой интенсивностью.

Добавки креатина очень популярны среди спортсменов и бодибилдеров. Считается, что они помогают набрать мышечную массу, увеличить силу и улучшить физические показатели при выполнении упражнений.

С химической точки зрения, креатин имеет много общего с аминокислотами. Наш организм способен вырабатывать его из таких аминокислот, как глицин и аргинин.

На запасы креатина в организме влияет ряд факторов, в числе которых количество потребляемого мяса, интенсивность физических нагрузок, количество мышечной массы и уровень гормонов, таких как тестостерон и ИФР-1.

Приблизительно 95% от всего креатина в нашем организме хранится в мышцах в виде креатинфосфата. Оставшиеся 5% распределены между головным мозгом, почками и печенью.

Прием добавок повышает запасы креатинфосфата. Он является формой накапливаемой в клетках энергии, поскольку помогает организму вырабатывать молекулы с более высоким уровнем энергии, называемые АТФ.

АТФ часто называют энергетической валютой организма. Если у вас больше АТФ, то тело способно лучше работать во время выполнения физических упражнений.

Кроме того, креатин изменяет некоторые клеточные процессы, что приводит к росту мышечной массы и силы, а также способствует восстановлению.

Вывод:

Креатин — это вещество, которое естественным образом содержится в нашем организме, в особенности в мышечных клетках. Это вещество довольно распространено как добавка к пище.

Полезные свойства

Помогает клеткам вырабатывать больше энергии

Добавки креатина увеличивают запасы фосфокреатина в мышцах. (7, 8)

Фосфокреатин помогает формированию молекул аденозинтрифосфата (АТФ), ключевой молекулы в обмене энергии. АТФ — источник энергии для всех биохимических процессов в организме. Именно эта молекула переносит энергию внутри клетки и существование без нее невозможно. (8)

Во время физической нагрузки молекулы АТФ разрушаются, благодаря чему клетки получают энергию.

Скорость восстановления молекул АТФ является тем ограничителем, который останавливает вас в улучшении спортивных результатов. Чем быстрее восстанавливаются АТФ, тем лучше результат вы сможете показать при последующей нагрузке. (9, 10)

Креатин улучшает запасы фосфокреатина, позволяя организму производить больше энергии из АТФ молекул и питать клетки во время физической нагрузки. (10, 11)

Это основной механизм воздействия кретина на организм для получения энергии.

Вывод:

Дополнительное употребление креатина улучшает выработку внутриклеточной энергии, позволяя показывать лучшие спортивные результаты.

Поддерживает многие функции мышц

Креатин популярен у бодибилдеров набирающих мышечную массу. (1, 4)

Он воздействует на организм через несколько механизмов, позволяя ускорить формирование белков, которые образуют мышечные волокна. (12, 13, 14, 15, 16)

Кроме того, он увеличивает уровень белка ИФР-1 (Инсулиноподобный фактор роста 1) и стимулирует сигнальную функцию белков Akt/PKB, которые отвечают за формирование мышечной массы. (12, 13)

Добавка увеличивает объем воды в клетках мышечных волокон, что визуально увеличивает мышцы. (15, 17)

Некоторые исследования показали, что данная кислота снижает уровень миостатина. Эта молекула задерживает рост мышц, и ее ограничение позволяет быстрее наращивать мышцы. (18)

Вывод:

Креатин стимулирует рост мышц через несколько естественных организму способов.

Улучшает результаты тренировок с высокой интенсивностью

Влияние креатина на молекулы АТФ означают возможность существенно улучшить показатели во время тренировок. (1, 2, 19)

Исследования показали то, что креатин улучшает:

1. Максимальную силу (20)
2. Взрывную силу (21)
3. Возможности для спринта (22)
4. Выносливость мышц (21)
5. Устойчивость к усталости (21)
6. Мышечную массу (23)
7. Восстановление после нагрузки (24)
8. Работу мозга (6)

В отличие от добавок, которые могут улучшить результаты профессиональных спортсменов, креатин эффективен вне зависимости от уровня физической подготовки. (25, 26)

Исследование показало, что добавка улучшает результаты во время тренировок с высокой интенсивностью на 15%. (2)

Вывод:

Креатин является эффективной добавкой для спортсменов и действует вне зависимости от уровня физической подготовки.

Ускоряет рост мышц

Креатин считается самой эффективной добавкой для наращивания мышечной массы. (1, 27)

Уже через 5-7 дней употребления добавка может показать ощутимый результат в наборе мышечной массы.

Первоначальное увеличение мышц связано с накоплением воды в тканях и не ведет к реальному улучшению спортивных результатов. (15, 17)

Со временем, добавка ускоряет формирование мышечных волокон, приводит к увеличению веса и улучшению результатов тренировок. (12, 13, 14, 15, 23)

В одном исследовании участники прошли 6-недельный курс тренировок. Группа получавшая вещество набрала на 2 кг мышечной массы больше чем контрольная группа. (23)

Сравнительный анализ показал улучшение результатов у всей группы по сравнению с контрольной группой, при одинаковой интенсивности тренировок. (27)

Вывод:

Креатин ускоряет формирование мышечной массы как в коротком, так и в длинном промежутке времени.

Может помочь в лечении болезни Паркинсона

Болезнь Паркинсона характеризуется снижением уровня нейромедиатора дофамина. (8, 28)

Существенное снижение дофамина приводит к смерти клеток мозга и негативным последствиям, включая тремор, ухудшение речи и потере контроля над мышцами. (28)

Креатин показал положительный эффект в экспериментах на мышах с болезнью Паркинсона. Уровень дофамина был восстановлен на 90% от первоначального. (29)

Пациенты страдающие от болезни Паркинсона проходят физические тренировки, на что положительно влияет рассматриваемая кислота. (30, 31)

Физическая нагрузка для человека, совместно с употреблением добавки, показали лучшие результаты чем тренировки по отдельности. (32)

Вывод:

Креатин может снизить симптомы свойственные болезни Паркинсона и восстановить уровень дофамина.

Может использоваться для лечения нервной системы

Многие проблемы нервной системы возникают из-за снижения уровня фосфокреатина. (29)

Креатин увеличивает уровень фосфокреатина, что позволяет снизить или замедлить развитие заболеваний.

Эксперимент на мышах с болезнью Гентингтона показали, что дополнительное получение креатина с кормом, может восстановить уровень фосфокреатина до 72% от нормы. В это же время, контрольная группа имела лишь 26%. (33)

Увеличение фосфокреатина улучшила ежедневные функции мышей и снизила смертность клеток на 25%.

Исследования на животных говорят о том, что креатин может использоваться для лечения:

1. Болезни Альцгеймера (34)
2. Ишемической болезни сердца (35)
3. Эпилепсии (36)
4. Повреждений головного и спинного мозга (37)

Креатин помогает улучшить моторные функции, сократить потерю мышечной массы и увеличить выживаемость при боковом амиотрофическом склерозе (ALS) на 17%. (38)

Дальнейшие исследования необходимы, но уже сейчас можно делать вывод о полезном воздействии вещества при расстройствах нервной системы различного типа.

Вывод:

Исследования на животных показали то, что креатин помогает ослабить симптомы заболеваний нервной системы, а так же увеличивает продолжительность срока жизни больных животных.

Может понизить уровень сахара в крови

Исследования показали то, что добавки включающие креатин снижают уровень сахара в крови. (39, 40, 41)

Это может быть вызвано воздействием на функции транспортной молекулы GLUT4, которая доставляет сахар к мышцам. (40, 42)

12-недельное исследование воздействия добавки на людей использующих диету с высоким содержанием углеводов показало, что люди совмещающие диету с упражнениями и креатином лучше контролируют уровень сахара. (41)

Чем быстрее тело может вывести сахар из крови, тем лучше будет состояние человека в диабетическом или пред диабетическом состоянии. Воздействие креатина может улучшить состояние миллионов людей, вынужденных следить за уровнем сахара в крови. (43)

Вывод:

Существуют доказательства того, что креатин помогает снизить уровень сахара в крови, но серьезных исследований на эту тему не проводилось.

Может улучшить функции мозга

Креатин играет важную роль в здоровье и функционировании мозга. (25)

Исследования показали то, что могу необходима энергия из АТФ для выполнения сложных задач.

Пищевые добавки увеличивающие фосфокреатин помогают производить больше АТФ, что улучшает работу мозга. Помимо этого, креатин увеличивает уровень дофамина и влияет на митохондрии, что тоже связано с производством необходимой для мозга энергии. (25, 44, 45)

Мясо является лучшим пищевым источником креатина, а вегетарианцы часто испытывают дефицит вещества. Одно исследование показало улучшение результатов тестов памяти для вегетарианцев на 20-50% при употреблении добавок с креатином. (25)

Похожие тесты показали существенное улучшение памяти для людей в возрасте. После двух недель употребления добавки, участники показали лучшие результаты. (46)

Исследователи говорят о том, что данная пищевая добавка может быть крайне полезной для людей в возрасте. Она улучшает работу мозга, замедляет деградацию мышц, помогает от серьезных заболеваний нервной системы. (47)

Вывод:

Дополнительное употребление креатина позволяет получить энергию, необходимую для работы мозга, что влияет на улучшение памяти и результатов тестов. Особенно полезна добавка для вегетарианцев и людей в возрасте.

Может помочь в случае постоянной усталости

Тесты показали возможность снизить чувство усталости при употреблении добавок содержащих данную кислоту. (48)

В наиболее существенном исследовании на эту тему, приняли участие с травмами мозга. Они употребляли добавку 6 месяцев, после чего прошли физические тесты. Было установлено снижение головокружения на 50%.

При одинаковой нагрузке, лишь 10% участников эксперимента жаловались на усталость, в то время как в контрольной группе (не принимали добавку) на усталость жаловались 80% участников.

Еще одно исследование показало, что люди принимающие креатин имеют больше сил во время депривации сна. (49)

Креатин может снизить усталость во время высокой физической нагрузки. Исследование проведенное на профессиональных велосипедистах показало, что группа употребляющая добавку способна показать лучшие результаты при высокой нагрузке. (50, 51)

Вывод:

Креатин снижает симптомы усталости, стимулирует мозг через улучшение выработки энергии и повышение уровня дофамина.

Рекомендации по дозировке

Многие люди, принимающие такие пищевые добавки, начинают с фазы загрузки, которая приводит к быстрому увеличению запасов креатина в мышцах.

Для загрузки креатином рекомендуется ежедневно принимать по 20 граммов добавки на протяжении 5-7 дней. Однако такую дозировку следует разделять на порции по 5 граммов и принимать в течение дня.

Немного улучшить абсорбцию добавки поможет углеводное или белковое блюдо, в виду связанного с этим выделения инсулина.

После фазы загрузки снизьте дозировку до 3-5 граммов в день, что поможет поддерживать высокий уровень креатина в мышцах. Поскольку периодическое изменение дозировки креатина не приносит никакой пользы, можно задержаться на 3-5 граммах в день на долгое время.

Если вы решили отказаться от фазы загрузки, то просто принимайте по 3-5 граммов добавки каждый день. Однако в таком случае для максимального заполнения запасов креатина может потребоваться от 3 до 4 недель.

Поскольку креатин наполняет мышечные клетки водой, рекомендуется запивать эту добавку большим количеством воды и следить за уровнем ее потребления в течение всего дня.

Вывод:

Для загрузки креатином принимайте по 5 граммов добавки 4 раза в день на протяжении 5-7 дней. После для поддержания уровня креатина дозировку можно снизить до 3-5 граммов в день.

Безопасность и побочные эффекты

Креатин является одной из самых хорошо изученных добавок. Множественные исследования продолжительностью вплоть до 4 лет не выявили никакого негативного воздействия креатина на организм.

В одном из наиболее полных комплексных исследований специалисты оценивали 52 показателя крови и не обнаружили никаких побочных эффектов в течение 21 месяца приема данной добавки.

Также нет никаких доказательств того, что креатин, при соблюдении рекомендаций по дозировке, вреден для здоровой печени и почек. Тем не менее, лицам, у которых уже имеются проблемы с печенью или почками, следует проконсультироваться с врачом, прежде чем принимать добавки креатина.

Несмотря на то, что люди часто ассоциируются креатин с обезвоживанием и спазмами, исследования данную связь не подтверждают. Исследования даже, наоборот, показывают, что это может уменьшить судороги и обезвоживание во время упражнений на выносливость, выполняемых при высокой температуре.

Вывод:

Креатин не оказывает никаких побочных эффектов. Многие считают, что он приводит к обезвоживанию и спазмам, однако научно эти гипотезы не подтверждены.

Заключение

• Добавки с креатином имеют много полезных свойств, при этом безопасны для употребления.
• Было проведено более 200 исследований подтверждающих безопасность добавки при длительном использовании. Клинические тесты длились 5 лет и не смогли установить негативного эффекта для участников.
• Более того, употребление добавки простое и не может вызвать передозировку. Достаточно получать 3-5 грамм креатина в день. (1, 52)
• Поэтому мы можем сделать вывод о том, что употребление данной добавки полезно и безопасно для спортсменов и людей в возрасте. Вы можете получить важные полезные свойства при отсутствии риска. Стоит попробовать!

Изучить отзывы, а также купить креатин, можно в магазине iHerb.

• • Этот абзац содержит рекламную ссылку. Вы получите от нас скидку при оформлении первого заказа, а магазин выплатит нам небольшой процент от прибыли с вашей покупки. Это позволяет вам сэкономить, а нам поддерживать работу сайта и редакции. Спасибо!

свойства, функции, правила приема и побочные действия

Одним из самых популярных видов спортивного питания является креатин, свойства которого просто покоряют воображение. И если правильно принимать его, то увеличение мужской силы и выносливости, а также рост мыщц будет происходить буквально на глазах, радуя спортсменов и вдохновляя их на дальнейшие свершения.

Происхождение добавки

Прежде чем мы начнем подробно разбираться с тем, как работает спортивное питание, какими обладает свойствами креатина моногидрат, являющийся самой распространенной формой добавки, сначала выясним, откуда вообще взялось подобное вещество. Так вот, открыто оно было в 1835 году, когда французский химик Мишель Шеврель проводил опыты с мясным соком и случайно выделил неопознанную субстанцию. Именно поэтому позже она и была названа креатином, что в переводе с древнегреческого означает «мясо».

Однако, несмотря на то что вещество было открыто, до того как оно стало применяться в быту прошло целых 160 лет. Зато в 1992 году креатин впервые был использован в качестве спортивного питания для атлетов, выступавших на Олимпиаде в Барселоне, а в 1993 году фирмой Experimental and Applied Sciences был выпущен препарат «Креатин Моногидрат», который с того момента стал самым популярным видом креатина, способствующим ускоренному росту мышц. И с тех пор эта пищевая добавка стала применяться спортсменами всего мира, которые желали быстро достигнуть потрясающих результатов.

Что представляет собой добавка?

Прежде чем мы сейчас станем анализировать, как используются свойства креатина в спорте и быту, давайте разберемся, что же собой представляет эта добавка. Так вот, она является полностью натуральным продуктом, образованным в результате взаимодействия друг с другом трех разных аминокислот – метионина, аргинина и глицина. Когда они объединяются, то в итоге образуется кислота, содержащая азот и имеющая белковую природу.

При попадании в организм креатин накапливается в тканях, способствует росту мышц, регулирует работу нервных клеток и участвует в метаболизме. Так как подобное вещество содержится в ряде продуктов питания, то обычный человек с пищей ежедневно потребляет около 2–3 грамм креатина, спортсмену же приходится принимать его дополнительно в виде добавки, и тогда он становится сильней, выносливей и показывает невероятные результаты на спортивных соревнованиях.

Виды спортивного питания для роста мышц

Также очень важно перед началом знакомства с добавкой выяснить свойства креатина, разобраться с видами этого вещества, которых существует немалое количество.

1. «Креатин Этил Эстер» – смесь добавки с эфиром, который способствует лучшему усвоению питания и повышает скорость его транспортировки в мышцы.
2. «Креалкалин» – смесь вещества с щелочью, что повышает биодоступность спортивного питания за счет нейтрализации действия кислой желудочной среды.
3. «Креатин Альфа-Кетоглутарат» – добавка с солями кетоглутаровой кислоты, которые усиливают эффект накачивания во время приема предтренировочного комплекса.
4. Самым популярным видом этого спортивного питания является «Креатин Моногидрат», состав и свойства которого наиболее изучены. Он содержит 12 % воды, является полностью натуральным веществом и характеризуется высокой степенью и скоростью усвоения организмом.
5. «Креатин Ангидроус» в его составе отсутствует вода, зато содержание чистого вещества здесь увеличено на 6 %, но это не дает препарату никакого преимущества перед другими видами.
6. «Креатин HMB» – объединение добавки с метаболитом лейцина, который считается активатором роста и способствует ускоренному восстановлению мускулатуры и набору мышечной массы.
7. «Креатин Малат» – смесь вещества с яблочной кислотой, которая делает добавку привлекательной тем, что при ее употреблении усиливается выносливость и не возникает такого побочного эффекта, как боли в животе.
8. «Креатин Тартрат» – объединение креатина с винной кислотой. Этот продукт сохраняет полезные свойства на протяжении долгого времени.

Зачем нужна добавка?

Теперь давайте с вами выясним, какие оказывает свойства креатина моногидрата на организм человека, зачем нужно принимать это спортивное питание. Так вот, когда мы едим, наше тело накапливает энергию и моментально преобразовывает ее в аденозинтрифосфорную кислоту, за счет которой в дальнейшем сокращаются мышцы.

Со временем же ее уровень падает, и тогда человек испытывает усталость и утрачивает работоспособность, что происходит еще быстрей во время тренировок в зале. Поэтому и необходимо ему дополнительно принимать креатин, свойства которого позволяют отодвинуть по времени упадок сил. Таким образом, добавка способствует тому, что спортсмен работает жестче, сильней, усердней и поднимает большой вес. А это приводит к тому, что мышцы сокращаются дольше и растут с невероятной скоростью, особенно если прием вещества дополняется надлежащим питанием.

Полезные свойства креатина

Давайте же посмотрим, какую же еще пользу организму приносит пищевая добавка «Креатина Моногидрат». Ведь помочь она может очень многим людям с самыми разными целями.

1. Для вегетарианцев вещество является главным источником энергии и крайне полезно для их здоровья.
2. Спортсменам и бодибилдерам добавка помогает кратковременно улучшить свои силовые показатели.
3. Атлетам спортивное питание позволяет в кратчайшие сроки нарастить мышечную массу и увеличить силу и выносливость.
4. Люди, которые хотят быть в отличной физической форме, могут принимать вещество для того, чтобы увеличить свой жизненный тонус и повысить интеллектуальную активность.
5. Пожилые люди с помощью добавки могут заблокировать возрастные изменения в своем организме, отсрочив такие симптомы старости, как упадок сил и постоянное чувство переутомления.

Функции добавки

А теперь давайте рассмотрим свойства и функции креатина и всех его многочисленных видов, которые проявляются в тот момент, когда вещество усваивается организмом.

1. Во время интенсивных тренировок сила мышц и выносливость увеличивается на 20–30 %.
2. Происходит быстрое увеличение мышечной массы за счет увеличения работоспособности и того, что мышцы могут работать около 6–15 секунд.
3. За счет задержки воды и увеличения выносливости на тренировках улучшается округлость и рельефность мускулатуры.
4. Если во время занятий спортом возникает чувство жжения, значит в мышцах накопилась молочная кислота, но благодаря свойствам креатина она выделяется не так часто, что уменьшает время их восстановления после работы на тренажерах.
5. Добавка способствует восстановлению сосудов и эффективно защищает сердечную мышцу во время тренировок, когда возникает нехватка кислорода.
6. Приводит в норму уровень холестерина в крови, что положительно сказывается на здоровье спортсмена.

Вред спортивного питания

Несмотря на ряд положительных свойств «Креатина Моногидрата», да и любых других видов веществ, у этой добавки имеется также несколько недостатков, из-за которых ее прием может привести к определенным побочным эффектам.

1. Вещество способно вызвать задержку жидкости в организме, поэтому во время приема этого препарата следует пить много воды (около трех литров в сутки), дабы избежать обезвоживания, ведь мышцы будут забирать почти всю жидкость и организму ее будет сильно не хватать. Кроме того, людям, которые склонны к отекам, лучше вообще не принимать креатин или же принимать, но в малых дозах.
2. Этот вид спортивного питания вызывает расстройство пищеварения, результатом которого может быть понос, тошнота и боль в животе у спортсмена. Однако чаще всего его вызывает лишь избыток добавки, поэтому для избежания подобного побочного эффекта нужно просто не превышать дозировку вещества. Кроме того, для снижения вероятности проблем с пищеварением нужно покупать только качественную добавку (желательно в капсулах).
3. Вещество может токсично воздействовать на печень и почки, так как его избыток оказывает дополнительную нагрузку на них. Поэтому лицам, страдающим от болезней этих органов, следует отказаться от приема препарата и постараться получать его лишь из пищи.
4. Очень редко от вещества у спортсмена могут появиться прыщи, что легко исправить, если ухаживать за своей кожей.

Однако если просмотреть внимательно инструкцию к веществу, где указаны свойства и противопоказания спортивного питания «Креатин Моногидрад», то можно увидеть, что, в принципе, нет таких людей, которым нельзя было бы принимать спортивное питание. Просто потреблять его следует в правильных дозах, соблюдая осторожность. Перед приемом добавки следует проконсультироваться с врачом, тогда все будет отлично.

Прием добавки без загрузки

Если внимательно изучить инструкцию к спортивному питанию, особенно раздел о свойствах и применении креатина, то можно понять, что употреблять его лучше всего постепенно, не нагружая свой организм. Для этого следует регулярно в день тренировки принимать по 5 грамм спортивного питания после занятий, а во время отдыха – по 5 грамм вещества рано утром.

Достоинствами такой системы будет крайне экономный расход вещества и минимальный риск появления любых побочных эффектов. Так что тем, кто страдает от болезней почек, печени и нарушения водного баланса, лучше всего подойдет этот принцип приема добавки. Однако у такого способа потребления креатина есть и свои недостатки. В этом случае результат от спортивного питания будет сдвинут как минимум на месяц, да и реальной эффективности может особо и не быть. Поэтому, если вы решили воспользоваться подобным способом применения добавки, следует параллельно с этим употреблять побольше сельди, свинины, говядины, тунца, лосося, трески и молока, где также содержится креатин.

Прием добавки с загрузкой

Однако существует и еще один способ приема добавки, который позволит максимально проявить все свойства спортивного питания «Креатин». Он предполагает быстрое накопление критического количества вещества в организме. Для этого нужно в течение пяти-шести дней подряд проводить загрузку спортивным питанием, то есть 4–5 раз в день принимать по 5 грамм добавки, растворенной в сладком напитке. А все остальное время, то есть оставшиеся 2 месяца набора мышечной массы, нужно будет просто поддерживать высокий уровень креатина в организме. Для этого достаточно принимать все те же 5 грамм креатина, растворенного в сладком напитке, но всего лишь один раз в день.

Достоинство подобной системы следующее: эффект от нее будет получен уже через 7–10 дней после начала приема вещества, что многократно доказано клиническими испытаниями. Именно такой способ приема позволяет получить наилучшие результаты и в кратчайшие сроки набрать мышечную массу. Однако у такой системы есть и свои недостатки. В этом случае спортивное питание сильно расходуется и повышается вероятность развития тех или иных побочных эффектов. Так что принимать препарат с максимальной загрузкой лучше всего только тем спортсменам, которые полностью здоровы, чтобы избежать негативных последствий.

Спортсмену на заметку

Теперь, когда вы знаете о том, как влияют свойства креатина моногидрата на организм человека, осталось лишь запомнить несколько важных аспектов, благодаря которым потребление этого вещества принесет вам желанный результат и не повлечет за собой никаких проблем.

1. Добавку всегда следует растворять в жидкости или запивать соком. Причем напиток обязательно должен быть сладким, в противном случае замедлится усвоение креатина организмом. Ускорить же усвоение спортивного питания помогает инсулин, поэтому вместе с добавкой нужно принимать 20–30 грамм быстрого протеина либо 5–15 грамм аминокислот.
2. В дни тренировок в зале вещество следует принимать после окончания работы, а в дни отдыха лучше это делать утром, так как в это время в организме имеется высокая концентрация гормона роста.
3. Чтобы свойства креатина моногидрата для организма проявили себя в наилучшем виде, принимать его следует в одно и то же время в промежутках между приемами пищи. Так что перед началом употребления данного препарата лучше составить распорядок дня, которому затем нужно будет неукоснительно следовать.
4. Покупать добавку следует только в специализированных магазинах, выбирая самые известные бренды, проверив перед покупкой срок годности продукта и целостность упаковки, в которой он содержится.
5. Креатин, который не имеет каких-либо добавок, лишен запаха, вкуса и цвета, а также не растворяется полностью в воде. Поэтому если вам почудился какой-то привкус в добавке или уловили посторонний запах, то лучше ее не принимать, так как это, может быть, подделка или некачественное спортивное питание, которое не принесет спортсмену ничего хорошего.
6. Идеальной схемой применения препарата будет двухмесячное потребление вещества и перерыв в течение 30 дней между курсами приема.

Отсутствие результата

Некоторые спортсмены утверждают, что свойства креатина несколько преувеличены, и прием этого вещества не принесло никакой пользы. Но здесь все дело лишь в том, что они допустили несколько распространенных ошибок во время применения вещества.

1. Недостаточная калорийность питания может привести к отсутствию результатов, ведь выполнение тяжелых упражнений вызывает большой расход калорий. Поэтому для того, чтобы мышцы росли, следует не только принимать добавку, но и питаться с профицитом калорий.
2. Недостаточное количество креатина, содержащегося в спортивном питании, может привести к тому, что в мышцах так и не накопится критическая масса вещества. Поэтому перед покупкой добавки следует ознакомиться с составом препарата.
3. Недостаточная работа над своим телом в тренажерном зале полностью обнулит ваше усиленное правильное питание и загрузку креатином. На спортивное питание не стоит возлагать слишком больших надежд, так как для достижения нужных результатов необходимо вкалывать в зале до седьмого пота.

Для чего нужен креатин? | Как принимать?

Креатин, наряду с сывороточным протеином, прочно занял ведущее место по продажам среди спортивных добавок. Наверное нет ни одного спортсмена, который не слышал бы о таком веществе, и практически каждый тренирующийся человек пробовал эту добавку. У каждого свои результаты от его приема – кто-то говорит об их отсутствии, а кто-то в восторге рассказывает о значительной прибавке мышечной массы, силы и выносливости. Итак, давайте разберемся, для чего нужен креатин? Какие функции он выполняет в организме человека, как и когда его принимать и какого результата стоит ожидать.

Наиболее изученной формой этого вещества является креатина моногидрат. Исследования, проведенные для сравнения эффективности разных форм креатина, не выявили никаких преимуществ других форм.¹

Для чего нужен креатин?

Участвует в энергетическом обмене

Первая, и самая важная его функция – это участие в энергетическом обмене, точнее – в цикле обмена АТФ. Однако было установлено, что помимо восстановления молекул АТФ, креатин участвует и в нейтрализации кислот, которые образуются во время выполнения упражнения и снижают pH крови. Снижение водородного показателя крови проявляется чувством усталости и снижением работоспособности мышц.

Вещество также в некоторой степени активирует гликолиз, то есть распад гликогена. Гликоген – это длинноцепочечный сложный углевод, содержащийся в мышцах и печени, и креатин, во время физической работы, способствует его расщеплению до глюкозы, что также повышает энергетический обмен в организме.

Логично предположить, что повышая энергетические возможности организма и увеличивая число активных молекул АТФ в мышце, креатин оказывает прямое влияние на силу мускулатуры. Было установлено, что прием этой добавки позволяет повысить силовые показатели, иногда до 15% от исходных данных в разовом усилии.²

Здесь следует уточнить, что эффект наиболее показателен именно в разовом или при низкоповторном режиме выполнения упражнения, так как система энергообеспечения, основанная на креатине, работает активно несколько секунд, далее включаются окислительные процессы, связанные с углеводами и жирами. Но эти несколько секунд повышенной физической силы дают ту необходимую стрессовую нагрузку на мышцы, которая позволяет повысить общий силовой потенциал, увеличить так называемый разовый максимум и, как следствие, позволяет больше работать в многоповторном режиме.

Способствует росту мышечной массы

Еще одним значимым свойством этого вещества является его влияние на мышечную массу, точнее на ее увеличение. При приеме добавки нередко наблюдается быстрая прибавка мышечной массы. Есть случаи, когда отмечалась прибавка до 5-6 кг за один месяц приема. Но здесь необходимо помнить, что все быстрые прибавки массы в основном происходят за счет воды, так как вместе с креатином в мышечную клетку устремляется довольно много воды.³

Происходит это из-за того, что молекула креатина связывается с несколькими молекулами воды и транспортирует их в мышечную клетку. Далее, когда стенка клетки начинает растягиваться и становиться более проницаемой, облегчается проникновение в нее не только креатина и воды, но и устремляющихся за ними углеводов, аминокислот, минералов и так далее. За счет этого мышцы быстрее восстанавливаются, а значит и быстрее растут. При этом мышечный рост не происходит так быстро, как наполнение водой, и это надо понимать, поскольку при резкой смене тренировок или питания начинает исчезать большая часть килограммов, набранных за период употребления креатина. И не надо забывать про еще один очень важный фактор – это индивидуальная чувствительность организма к креатину. Порядка 85-90% людей показывают хорошие результаты при его приеме, оставшиеся 10-15% либо не имеют результата, либо он незначительный, а у некоторых проявляются и побочные действия – например, диарея и метеоризм.

Влияет на рельеф мышц

Большая часть людей, принимавших креатин, в ответ на это утверждение скажет, что от него «заливает», а рельефа нет. Однако за счет наполнения мышц водой, они становятся более упругими, объемными, а, значит, потенциально более рельефными. Но именно потенциально. Принимая эту добавку, не ждите выдающегося рельефа, поскольку она увлекает за собой воду, а вода проникает не только в мышцы, но и в подкожную клетчатку. При этом надо понимать, что если между мышцами и кожей имеется значительная прослойка жира, то рельеф этот заметен не будет.

Увеличивает секрецию тестостерона

В настоящее время имеются данные, показывающие некоторое увеличение секреции тестостерона, инсулиноподобного фактора роста и соматотропина при приеме креатина. В качестве примера можно привести результаты, полученные в ходе исследования о влиянии этого вещества на производительность, мощность, силу и уровни гормонов у спортсменов. Результаты выявили повышение общей концентрации тестостерона в крови после приема креатина.⁴

Пока трудно сказать, прямое это влияние или опосредованное, через повышенную нагрузку на организм, которую человек получает при увеличении силовых возможностей, но повышение уровня данных гормонов отмечается. Опять-таки, сложно выявить точный процент повышения, поскольку согласно данным разных исследований получен большой разброс – от незначительных 3-5% до весомых 20-25%. Конечно, в сочетании креатина с веществами, повышающими уровень этих гормонов, этот процент по идее должен быть намного выше, но тут разница незначительная и не имеет существенного отличия от эффекта того же трибулуса. А вот на мышечный рост и силу влияние есть, и синергия тут присутствует!

Предотвращает мышечные спазмы

Это вещество может защитить ваши мышцы от судорог. Исследование, проведенное тайваньскими учеными в 2002 году, показало снижение вероятности возникновения мышечных спазмов на 60% при приеме креатина.⁵

Как принимать?

Это зависит от его формы. Моногидрат креатина принимают по двум схемам: согласно первой схеме, включающей фазу насыщения, его принимают 4 раза в день по 5 г через равные промежутки времени в сладкой воде или соке, а далее по 5-10 г в один или два приема. Второй вариант предусматривает прием по 10 г в два приема ежедневно, на протяжении одного-двух месяцев. Главное — выбирать порошковый или капсулированный вариант, а не готовые растворы, потому что креатина моногидрат начинает разрушаться при первом же контакте с водой.

Поскольку креатин нагоняет воду в мышечную ткань, то при его приеме необходимо потреблять большое количество воды. Для того, чтобы обеспечить нужный эффект, на каждые пять граммов вещества в сутки следует прибавить пол-литра воды. Если вы выбрали другую форму, например, этиловый эфир креатина, то в этом случае загрузочная фаза насыщения организма креатином не столь важна и нужна, и дозировки тоже другие. Поэтому необходимо придерживаться рекомендаций производителя или эксперта по спортивному питанию.

Сочетайте эту добавку с углеводами: ее  всасываемость значительно улучшается в присутствии инсулина, а также при потреблении с белками.⁶

Еще один совет: в дни тренировок принимайте креатин до или сразу после занятий. Согласно исследованиям, проведенными австралийскими учеными из Университета Мельбурна, такое время приема позволяет нарастить больше мышц и развить большую силу.⁷

Другие свойства

Имеются данные о том, что прием креатина несколько снижает уровень вредного холестерина и сахара в крови, снижает усталость, оказывает положительный эффект на центральную нервную систему в условиях недостатка кислорода, то есть при работе с весами, а также обладает легким противовоспалительным действием.

Заключение

Креатин обладает рядом полезных свойств и при этом является одним из недорогих и самых безопасных продуктов. Соблюдайте рекомендованные дозировки, и вы ощутите на себе все положительные свойства этой замечательной добавки, сможете нарастить мышечную массу, увеличить силу и повысить общую выносливость организма.

Переводчик, редактор и корректор: Фарида Сеидова

Все, что вам нужно знать о креатине и его видах

Знаете ли вы о разных формах креатина? Знаете ли вы, почему моногидрат креатина лучше, чем микронизированный креатин? Если нет, эта статья именно для вас. Вы узнаете все важное о креатине и его формах. Наконец, мы посоветуем вам, какой вид креатина лучше всех вам подойдет.

Что такое креатин? 

Креатин – одна из самых эффективных и популярных пищевых добавок на рынке фитнеса. Все это из-за многих преимуществ, которые он приносит спортсменам. Среди основных преимуществ находятся, в частности, значительно улучшенные показатели, выносливость и энергичность при интенсивных физических нагрузках. Креатин в организме быстро вырабатывает энергию во время упражнений, и вы можете тренироваться интенсивнее. Он также известен своим влиянием на рост и силу мышечной массы. [1]

Креатин – это органическая молекула, которая образуется из аминокислот в организме. Он в основном вырабатывается в печени и, в меньшей степени, в почках и поджелудочной железе. В организме оно обычно хранится в мышцах, но он также транспортируется в сердце и мозг. Он содержит высокоэнергетические фосфатные группы в форме фосфокреатина, которые транспортируются в АДФ (аденозиндифосфат). Затем он превращается в АТФ (аденозинтрифосфат), который является основным энергоносителем в организме. Эта роль креатина особенно важна в условиях, когда организму требуется большое количество энергии, например, при требовании физической или умственной активности. [1] [2]

Креатин также содержится в некоторых продуктах, таких как говядина и рыба. Спортсмены, однако, имеют тенденцию потреблять креатин в форме пищевых добавок, которые служат для быстрого и простого восполнения необходимого количества креатина. [1]

Креатин, его свойства и преимущества

Наиболее важным преимуществом креатина является его способность увеличивать силу и работоспособность во время тренировок. Это преимущество креатина было очень хорошо изучено, и результаты показывают только пользу креатина в качестве добавки. Используя креатин в сочетании с регулярными тренировками, вы можете способствовать росту чистой мышечной массы. Во многих исследованиях креатин также был проверен на анаэробную спортивную активность, и здесь результаты свидетельствуют о повышении производительности. [3] [4] [5] [6]

Креатин теоретически может влиять на когнитивные способности. Однако, этот факт не был достаточно проверен, чтобы полностью подтвердить это свойство.

Тем не менее, исследования показали снижение умственной усталости при умственных нагрузках, недосыпании или черепно-мозговых травмах. В то же время креатин может улучшить рабочую память, но, вероятно, только у людей с очень низким уровнем креатина, таких как вегетарианцы или пожилые люди. [2]

Креатин уже давно пользуется популярностью в сообществе любителей фитнеса, потому что это финансово доступная и очень эффективная добавка. Он также подходит для начинающих, так и для профессиональных спортсменов. Тем не менее, на рынке можно найти различные виды креатина, что может быть вызывать трудности. Вот почему мы решили представить и объяснить их вам в следующих строках.

Вас можуть зацікавити ці продукти:

Креатин и его виды 

Поскольку креатин имеет несколько видов, и бывает трудно выбрать нужный вид, который поможет вам сделать тренировки более эффективными. Давайте рассмотрим наиболее распространенные виды креатина, с которыми вы можете столкнуться при покупке пищевых добавок.

1. Креатин моногидрат 

Моногидрат креатина является наиболее распространенным видом креатина на рынке. Это также форма, которая была наиболее научно исследована и проверена экспертами во многих исследованиях. По сути, это означает, что большинство научных свойств креатина наблюдается при употреблении моногидрата.

Моногидрат креатина состоит из молекулы креатина и молекулы воды. Однако при его изготовлении используются различные методы приготовления. Если молекула воды удаляется, это безводный креатин. Удаление воды увеличивает количество креатина в дозе продукта. Безводный креатин содержит 100% креатина, в то время как классический моногидрат креатина содержит примерно 90% чистого креатина. В то же время количество креатина в продукте влияет на конечную стоимость пищевой добавки.

Другие его виды включают в себя микронизированный креатин или механически обработанный креатин, имеющий лучшую растворимость в воде. Теоретически, возможно, что лучшая растворимость продукта приводит к более быстрому всасыванию вещества в организме, но этот факт не был недостаточно подтвержден. [9]

Несмотря на эти небольшие различия в обработке, каждая форма моногидрата креатина, вероятно, будет одинаково эффективна в одной той же дозе. Даже 5-10 г моногидрата креатина может привести к увеличению производительности, выносливости мышц и размера мышц. [10]

2. Креатин гидрохлорид

Креатин гидрохлорид (HCl) является удобным из-за его хорошей растворимости в воде. Эта форма является результатом связывания креатина с молекулой гидрохлорида. Одно исследование подтвердило, что креатин гидрохлорид в 38 раз более растворим, чем моногидрат креатина. Также считается, что креатин HCl может более эффективно всасываться в организме. Вот почему большинство пищевых добавок, содержащих этот вид креатина, содержат менее 1 г активного ингредиента на дозу. Это значительно меньшая доля по сравнению с моногидратом креатина, который обычно потребляется в дозах по 5 грамм. [10]

К сожалению, пока проведено недостаточно исследований, чтобы подтвердить это воздействие на людей. Также отсутствуют исследования для изучения различий в воздействии креатина HCl и моногидрата креатина. Однако это не означает, что креатин HCl не эффективен. И наоборот, он подходит для людей, которые имеют проблемы с желудком от креатина моногидрата. При потреблении креатина гидрохлорида эти побочные эффекты встречаются гораздо реже. [11] [12]

3. Kre-Alkalyn – буферизованный моногидрат креатина

Kre-Alkalyn или буферизованный креатин моногидрат – это форма креатина, которая содержит слегка щелочный порошок, например, бикарбонат. Производители утверждают, что его добавление создает щелочное соединение, которое может уменьшить распад креатина в желудке и улучшить его всасывание в мышцы. Kre-Alkalyn продается отдельно или в составе предтренировочных стимуляторов.

В настоящее время только одно исследование оценивает эффективность этой формы креатина. Это исследование, проведенное в 2012 году, которое показало аналогичные улучшения производительности между различными группами тестирования. Первая группа получала 5 г моногидрата креатина в течение 28 дней, другая группа потребляла эквивалентную дозу Kre-Alkalyn, а третья группа получала низкую дозу 1,5 г Kre-Alkalyn ежедневно. Группы, получавшие 5-граммовые дозы, начали тестирование после 7-дневной фазы насыщения, используя 5 г креатина 4 раза в день. [13]

В результате все группы значительно улучшили свою мышечную массу, процентное содержание жира и силу в ногах и руках. Даже группа, которая получила более низкие дозы и не прошла фазу насыщения, достигла сопоставимых значений. Тем не менее, важно отметить, что испытуемые, которые принимали моногидрат креатина, имели повышенное содержание креатина в мышцах на 50,4% через 28 дней, тогда как группа, получавшая Kre-Alkalyn, только на 27,3%. [13]

Это означает, что вы увидите те же результаты, если будете потреблять Kre-Alkaline и креатин моногидрат. Однако при использовании Kre-Alkalyne более низкая доза представляется достаточной, и вам не требуется фаза насыщения. [14]

4. Креатин магний хелат

Креатин-хелат магния является еще одной формой креатина, который вырабатывается путем связывания магния с молекулой креатина. Его свойства были рассмотрены в одном исследовании, в котором эксперты сравнивали силу при жиме лежа и показатели спортсменов, разделенных на 3 группы. Первая группа получала моногидрат креатина, вторая – хелат магния с креатином и третья группа – плацебо. Обе группы, которые потребляли креатин улучшили свои показатели больше, чем плацебо. Отсюда следует, что креатин магний хелат эффективен, и не меньше, чем моногидрат креатина. [15]

Другое исследование, проведенное в 2003 году, показало, что креатин магний хелат может улучшить производительность без добавления воды, которая обычно производится с креатином. Это было бы особенно полезно для спортсменов, пытающихся поддерживать низкий вес. Тем временем, однако, мы должны относиться к этому с осторожностью, потому что этот факт был подтвержден только одним исследованием, и необходимы более глубокие исследования. [16]

5. Креатин ethyl ester 

Креатин ethyl ester обогащен органическим компонентом – этиловым эфиром. Некоторые производители утверждают, что он лучше усваивается и имеет более длительный период полураспада, чем обычный моногидрат креатина, поскольку он легче растворяется в жире. В отличие от других видов креатина, обсуждаемых в этой статье, этиловый эфир не является фаворитом. В разных исследованиях результаты его эффективности не сходятся.

Одно исследование показало, что 7 недель потребления этилового эфира креатина привели к более низкому соотношению креатина к мышцам и крови, чем при моногидрате креатина. Кроме того, его использование может привести к повышению концентрации побочного продукта креатинина в плазме. Как правило, креатинин выводится из организма в виде отходов, но не очень хорошо для почек, поэтому использование этилового эфира креатина не рекомендуется.  [18]

6. Креатин цитрат

Он производится соединением креатина с органической лимонной кислотой, которая содержится в цитрусовых фруктах и часто используется в качестве натурального ароматизатора в пищевых добавках. Однако исследование, проведенное в 2007 году Международным обществом спортивного питания, не выявило существенных различий в абсорбции креатина цитрата по сравнению с моногидратом креатина. Однако цитрат креатина более растворим в воде, но это не повод полагать, что он также более эффективно усваивается в организме человека. [19]

7. Креатин малат 

Креатин малат связан с яблочной кислотой, другой органической кислотой, обычно встречающейся в фруктах. Одна только яблочная кислота может улучшить выносливость, что является причиной почему производители начала сочетать ее с креатином. [10]

Креатин малат был проверен несколькими исследованиями, свидетельствующими о том, что он улучшает анаэробную выработку у бегунов и бойцов дзюдо. Однако не было проведено никакого исследования, сравнивающего малеин креатина с моногидратом и плацебо. Как и креатин цитрат, креатин малат легче растворяется в воде. [20]

8. Креатин нитрат

Нитрат креатина является одной из новейших форм креатина. Производители утверждают, что, связывая молекулу креатина с молекулой нитрата, спортсмены будут нуждаться в более низкой дозе, чем моногидрат креатина. Но давайте посмотрим на результаты исследований.

Исследования, проведенные в 2016 году, показали влияние креатиновой селитры на улучшение показателей. Однако результаты не подтвердили каких-либо существенных различий между группами испытуемых, получавших нитрат креатина, моногидрат креатина или нитрат креатина в низких дозах. Однако все эти группы достигли гораздо лучших результатов, чем группа, потребляющая плацебо. [17]

9. Креатин глюконат 

Это креатин, который связан молекулой глюкозы. Существует теория, что креатин глюконат всасывается более эффективно, потому что он сочетается с углеводами обогащенным инсулином. Тем не менее, еще не было опубликовано никаких исследований для проверки этой теории. [24]

10. Креатин пируват 

Креатин пируват производится путем связывания пировиноградной кислоты и представляет собой очень интересную комбинацию между отдельными формами креатина. Однако исследования его эффективности довольно неоднозначны. Одно исследование показало, что он оказывает лучшее влияние на выносливость, чем цитрат креатина (который является эффективным видом креатина), но другое исследование показало, что он вообще не улучшает выносливость. [21] [22]

Некоторые исследования также подтвердили, что по сравнению с моногидратом креатина, креатин пируват приводит к более высокому содержанию креатина в крови. Это может означать меньшее количество креатина в мышцах, что в конечном итоге не является эффективным. Таким образом, это исследование пришло к выводу, что креатин пируват вряд ли будет более биодоступным, чем моногидрат креатина. [23]

11. Креатин Alfacetoglutarate

Он также известен как креатин AKG, который производится из альфа-кетоглутаровой кислоты и креатина. Теории гласят, что альфа-кетоглутарат, как предшественник глютамина, лучше всасывается в кишечнике. Он также служит для предотвращения проблем с желудком и диареи, которая беспокоит некоторых спортсменов, когда они потребляют креатин. Кроме того, потребители креатина AKG утверждают, что он всасывается более эффективно и приводит к более высокой концентрации креатина в мышцах, чем моногидрат. Тем не менее, в настоящее время не существует достаточно данных из соответствующих исследований в поддержку этих теорий. [10]

12. Многокомпонентный креатин 

Многокомпонентный креатин объединяет несколько видов креатина в одном продукте. Он объединяет преимущества и свойства различных видов креатина в одну смесь. Например, он может содержать 7 видов креатина на каждый продукт, как например наш Crea7in. Физически активные люди и спортсмены по достоинству оценят его преимущества, такие как быстрое усвоение, рост мышц, больше энергии и лучшие результаты. Если вы не можете выбрать между различными видами креатина, попробуйте многокомпонентный креатин.

Креатин, его безопасность, способ применения и дозы 

Большинство мифов, которые распространяются о креатине, не соответствуют действительности. Тем не менее, креатин уже несколько лет пользуется репутацией, поскольку во многих странах он был запрещен как канцерогенный агент. Однако с 2004 года креатин разрешен во всех странах, и его нет в списке опасных добавок. Тем не менее, даже сегодня некоторые люди ошибочно принимают его за опасное вещество, которое вредит почкам. Тем не менее, все это не так, и многие исследования подтвердили это. За исключением незначительных проблем с пищеварением, вызванных чрезмерным употреблением креатина, других рисков потребления нету. [7] [8]

Правильное использование креатина составляет 5 г в день. Более высокие дозы креатина (до 10 г в день) могут быть полезны для людей с большой мышечной массой, высоким уровнем спортивной активности. Спортсменам рекомендуется использовать креатин до и после тренировки. В дни без тренировок вы можете принять его в любое время дня. Помните, что креатин не работает при кратковременном применении. Его нужно потреблять правильно и регулярно. [1] [2]

Если вы принимаете креатин без достаточного количества воды, у вас могут возникнуть спазмы в желудке. Диарея и тошнота возникают, если вы потребляете слишком много креатина. В этом случае уменьшите дозу и распределите ее в течение дня, а также принимайте креатин с едой и жидкостями.

Какой вид креатина является лучшим?

Важно помнить, что моногидрат креатина имеет больше доказательств, подтверждающие его использование в качестве пищевой добавки для улучшения производительности, энергии и выносливости. Однако, если креатин моногидрат вызывает проблемы с пищеварением, попробуйте креатин гидрохлорид или буферный креатин, чтобы уменьшить проблемы с желудком. С другой стороны, креатин магний хелат может помочь вам повысить производительность без добавления воды.

Расскажите нам о своем опыте использования креатина и о том, какой креатин вы используете. Если вам понравилась эта статья и она была полезной, обязательно поддержите нас репостом.

Источники:

[1] Kamal Patel — Creatine – https://examine.com/supplements/creatine/

[2] Kamal Patel — Summary of Creatine – https://examine.com/supplements/creatine/#scientific-research

[3] McConell GK, Shinewell J, Stephens TJ, Stathis CG, Canny BJ, Snow RJ — Creatine supplementation reduces muscle inosine monophosphate during endurance exercise in humans. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16331129

[4] Ayoama R, Hiruma E, Sasaki H — Effects of creatine loading on muscular strength and endurance of female softball players. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14767409

[5] Armentano MJ, Brenner AK, Hedman TL, Solomon ZT, Chavez J, Kemper GB, Salzberg D, Battafarano DF, Christie DS — The effect and safety of short-term creatine supplementation on performance of push-ups. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17436778

[6] Smith AE, Fukuda DH, Ryan ED, Kendall KL, Cramer JT, Stout J — Ergolytic/ergogenic effects of creatine on aerobic power. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22131203

[7] Poortmans JR, Francaux M — Adverse effects of creatine supplementation: fact or fiction? – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10999421

[8] Groeneveld GJ, Beijer C, Veldink JH, Kalmijn S, Wokke JH, van der Berg LH — Few adverse effects of long-term creatine supplementation in a placebo-controlled trial. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15795816

[9] Ali Zeinolabbedini Hezave, Sarah Aftab, Feridun Esmaeilzadeh — Micronization of creatine monohydrate via Rapid Expansion of Supercritical Solution (RESS) – https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896844610001671

[10] Nick English — Ten types of creatine and what they do – https://www.vice.com/en_us/article/ne97ym/ten-types-of-creatine-and-what-they-do

[11] Gufford BT, Sriraghavan K, Miller NJ, Miller DW, Gu X, Vennerstrom JL, Robinson DH — Physicochemical characterization of creatine N-methylguanidinium salts. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22432515

[12] Grant Tinsley — Top 6 types of creatine reviewed – https://www.healthline.com/nutrition/types-of-creatine

[13] Jagim AR, Oliver JM, Sanchez A, Galvan E, Fluckey J, Riechman S, Greenwood M Kelly K, Meininger C, Rasmussen C, Kreider RB — A buffered form of creatine does not promote greater changes in muscle creatine content, body composition, or training adaptations than creatine monohydrate. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22971354

[14] Nick Cocker — Which form of creatine is right for you? – https://www.bodybuilding.com/content/which-form-of-creatine-is-right-for-you.html

[15] Selsby JT, DiSilvestro RA, Devor ST — Mg2+-creatine chelate and a low-dose creatine supplementation regimen improve exercise performance. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15142029

[16] Brilla LR, Giroux MS, Taylor A, Knutzen KM — Magnesium-creatine supplementation effects on body water. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14506619

[17] Elfego Galvan, Dillon K. Walker, Sunday Y. Simbo, Ryan Dalton, Kyle Levers, Abigail O´Connor, Chelsea Goodenough, Nicholas D. Barringer, Mike Greenwood, Christopher Rasmussen, Stephen B. SMith, Steven E. Riechman, James D. Fluckey, Peter S. Murano, Conrad P. Earnest, Richard B. Kreider. — Acute and chronic safety and efficacy of dose dependent creatine nitrate supplementation and exercise performance. – https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12970-016-0124-0

[18] Mike Spillane, Ryan Schoch, Matt Cooke, Travis Harvey, Mike Greenwood, Richard Kreider, Darryn S. Willoughby — The effects of creatine ethyl ester supplementation combined with heavy resistance training on body composition, muscle performance, and serum and muscle creatine levels. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2649889/

[19] Ralf Jager, Roger C Harris, Martin Purpura, Marc Francaux — Comparison of new forms of creatine in raising plasma creatine levels. – https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/1550-2783-4-17

[20] Wu JL, Wu QP, Huang JM, Chen R, Cai M, Tan JB. — Effects of L-malate on physical stamina and activities of enzymes related to the malate-aspartate shutlle in liver of mice. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16555951/

[21] Jager R, Metzer J, Lautmann K, Shushakov V, Purpura M, Geiss KR, Maassen N. — The effects of creatine pyruvate and creatine citrate on performance during high intensity exercise. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18269769

[22] Van Schuylenbergh R, Van Leemputte M, Hespel P. — Effects of oral creatine-pyruvate supplementation in cycling performance. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12669262

[23] Ralf Jager, Roger C Harris, Martin Purpura, Marc Francaux — Comparison of new forms of creatine in raising plasma creatine levels. – https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/1550-2783-4-17

[24] Green Al, Hultman E, Macdonald IA, Sewell DA, Greenhaff PL — Carbohydrate ingestion augments skeletal muscle creatine accumulation during creatine supplementation in humans. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8944667

Креатина моногидрат: описание, действие, побочные эффекты

Все, что вы хотите знать о креатина моногидрате: что это такое, как его принимать, подходит ли он лично вам, чем полезен прием креатина моногидрата и многое другое.

Креатина моногидрат – одна из наиболее популярных добавок в мире людей, стремящихся к набору мышечной массы, росту физической работоспособности и увеличению силовых показателей. Согласно исследованиям, более 40% спортсменов Национальной атлетической ассоциации колледжей (NCAA, или National Collegiate Athletic Association) подтвердили, что они принимают креатин.

Из всех существующих спортивных добавок именно креатину было посвящено наибольшее количество научных исследований. Несмотря на это, и в интернете, и в тренажерных залах по-прежнему приходится слышать немало недостоверной информации об этом нутриенте. В этом кратком руководстве собраны проверенные факты о креатина моногидрате и ответы на все интересующие вас вопросы.

Если после прочтения статьи у вас возникнут вопросы, касающиеся креатина моногидрата, пожалуйста, озвучьте их в комментариях.

Что такое креатина моногидрат?

Креатина моногидрат – это органическое соединение природного происхождения, которое в организме превращается в креатинфосфат. Креатинфосфат способствует синтезу энергетического субстрата аденозинтрифосфат (АТФ). Именно АТФ обеспечивает энергией мышечные сокращения и другие внутриклеточные процессы.

Небольшое количество креатина человеческий организм может синтезировать самостоятельно, какое-то количество нутриента поступает с продуктами питания, в частности, с красным мясом и жирной рыбой. Однако содержание карнитина в пище может существенно снижаться в процессе приготовления и тепловой обработки.

Пищевые добавки с креатина моногидратом – это продукты, которые содержат чистейшую форму креатина; спортсмены часто принимают их до и после тренировки и/или вместе с другими препаратами, например, с сывороточным протеином.

Как действует креатина моногидрат?

Чтобы понять принцип действия креатина моногидрата, вы, прежде всего, должны узнать об АТФ и его физиологической функции. АТФ – это универсальный источник мгновенной энергии для мышечного сокращения. Содержащегося в мышечных волокнах АТФ хватает всего на пару сокращений, дополнительный АТФ должен поступать из «резервов» организма. Креатина моногидрат превращается в креатинфосфат и восполняет стратегические запасы АТФ.

Но что это означает на практике? За счет неограниченного доступа к резервному АТФ вы сможете наращивать рабочий вес и выполнять большее количество повторений. Для максимальной физической работоспособности мышцам нужны источники «быстрой» энергии, и креатин обеспечивает их этой энергией в полном объеме. Наверняка вы слышали об этом как о «взрывной энергии».

Полезные свойства креатина моногидрата

Теперь, когда вы понимаете, как действует креатина моногидрат, вы, вероятно, уже видите, какие преимущества может дать вам прием этого нутриента. Ниже мы перечислим полезные свойства креатина для тех, кто практикует высокоинтенсивный тренинг (силовой тренинг) или занимается видами спорта, требующими колоссального объема мгновенной энергии (например, спринт).

• Увеличивает мышечную массу и силовые показатели
  
• Повышает энергетические резервы скелетной мускулатуры
  
• Форсирует выработку энергии (больше подходов и повторений)
  
• Способствует набору мышечной массы
  
• Ускоряет восстановление после тренировки

Чистый моногидрат креатина. Повышает силовые показатели и ускоряет рост мышц!

Энергетическая подпитка мускулатуры. Повышение физической работоспособности и выносливости на тренировках!

Чистый моногидрат креатина. Повышение выносливости и эффективности тренировок!

Смесь из пяти типов креатина. Стимулирование роста мускулатуры для создания сильного, рельефного телосложения!

Поддержание стабильного уровня АТФ в мышечной ткани. Невероятный прирост мышечной силы и производительности!!

Микронизированный креатин! Увеличивает мышечную силу, объем и интенсивность нагрузок, ускоряет восстановление.

Микронизированный и мгновенно растворяемый креатин! Наивысший стандарт качества креатина моногидрата в спортивном питании/

Способствует повышению мышечной массы и силы!
Смешивается легко и мгновенно!

Как принимать креатина моногидрат?

Рекомендованный режим дозирования креатина моногидрата – 3-5 грамм в день. Касательно оптимального времени приема нет консолидированного мнения. Многие люди смешивают креатин с другими пищевыми добавками, например, с сывороточным протеином, также креатин можно развести в теплой воде (это улучшает растворимость), фруктовом соке или чае без кофеина. Следует заметить, что креатина моногидрат нужно готовить непосредственно перед употреблением, а заблаговременно разводить порошок креатина нельзя.

Длительных научных исследований креатина моногидрата не проводилось, а потому обычно его рекомендуют принимать курсами. Например, период приема креатина моногидрата может составлять 8 недель с последующим перерывом на 4 недели.

Побочные эффекты

В целом креатина моногидрат безопасен, особенно при соблюдении рекомендованного режима дозирования, но помните, что в отношении креатина действует правило «чем меньше, тем лучше». Увеличение дозировки вовсе не означает, что эффективность препарата также повысится. Стоит вам восполнить запас АТФ, как избыток креатина начинает выводиться (впустую) из организма. А поскольку креатин притягивает межтканевую жидкость в мышечные клетки, на фоне приема препарата важно пить достаточное количество воды.

Лицам моложе 18 лет принимать креатин не рекомендуется. Объясняется это недостатком исследований, посвященных изучению влияния креатина на подростковый организм.

Частые вопросы

Нужна ли загрузка креатином?

Когда креатина моногидрат только начинал набирать популярность, многие производители спортивного питания рекомендовали использовать «загрузку» креатином в течение 5-7 дней, чтобы наполнить мышцы нутриентом и ускорить рост результатов. Однако такая методика не нашла подтверждения в научных работах, и сегодня большинство производителей рекомендуют просто принимать по 3-5 грамм креатина на ежедневной основе.

Что такое креатина моногидрат Creapure®?

В индустрии спортивного питания Creapure® считается «золотым стандартом» препаратов креатина моногидрата. Creapure® — это фирменный креатина моногидрат, который производится в Германии и входит в состав сотен препаратов креатина, продающихся по всему миру. Чтобы узнать, содержит ли ваш порошок или капсулы креатина моногидрата Creapure®, просто ищите маркировку Creapure® на этикетке продукта.

Что такое микронизированный креатина моногидрат?

Как следует из названия, микронизированный креатина моногидрат – обычный порошок креатина моногидрата, который был микронизирован. Микронизирование – это процесс измельчения порошка до микроскопических частиц, размер которых в 20 раз меньше, чем в стандартных порошках. В такой форме креатин намного быстрее растворяется в жидкостях и, в теории, проще усваивается организмом. Если вы когда-нибудь пользовались не микронизированным креатином, то вам известно, что после разведения продукта на дне стакана может оставаться большое количество мелких песчинок. Это креатин, который не растворился, и этот креатин должен быть в вашем организме, а не на дне стакана.

Сегодня большинство препаратов креатина содержат микронизированный креатин. Рекомендуем вам всегда использовать микронизированный продукт, обладающий максимальной эффективностью.

Влияет ли кофеин на эффективность креатина моногидрата?

Применительно к Creapure, продукту одного из наиболее авторитетных производителей креатина моногидрата в Германии, высокие дозы кофеина могут негативно влиять на эффективность креатина в плане повышения физической работоспособности. Однако меньшие дозы кофеина, содержащиеся в кофе и предтренировочных порошках, хорошо сочетаются с креатином. Вот информация официального сайта производителя:

«Прием высоких доз кофеина (5 мг на килограмм массы тела в сутки) нивелирует эргогеническое (повышение производительности) действие креатина. С другой стороны, малые дозы кофеина (например, 1-2 чашки кофе в день) не оказывали негативного воздействия на эффективность креатина.

Читайте также

свойства, действия, влияние на силу и массу

Вещество креатин представляет собой азотосодержащую карбоновую кислоту, которая играет ключевую роль в энергообмене мышц и нервных клеток. В бодибилдинге широкое распространение получил креатин моногидрат в виде пищевой добавки.

Креатин в силовом спорте

Первые научные исследования, доказавшие эффективность креатина, были проведены в 80-х гг. прошлого века. Выяснилось, что ежедневный прием этого вещества в количестве 20 грамм на протяжении 4-5 дней увеличивал содержание креатина в мышцах на 20%. С этого времени и началось активное использование этой добавки в рацион бодибилдеров различного уровня.

Позже было доказано, что прием креатина может приводить к увеличению массы тела и повышению силовых показателей мышечной ткани. Именно эти эффекты и лежат в основе улучшения результативности в спортивном зале. Годом позже в Университет Техаса был проведен новый опыт, целью которого стало доказательство, что прирост массы атлета, принимающего креатин, осуществляется за счет прибавки «сухой» мышечной массы, а не жира или воды. Кроме того, опыт еще раз подтвердил увеличение силы.

Роль в организме человека

Креатин – натуральное незаменимое вещество, которое присутствует в мышцах как людей, так и животных. Это вещество необходимо для обеспечения энергетического обмена и выполнения движений. В организме человека постоянно находится 100-140 грамм креатина, который используется в качестве источника энергии для мышечных тканей. Суточный расход его при обычных условиях жизнедеятельности человека составляет  2 грамма. Надо сказать, что данное вещество по важности ничем не уступаем белкам, жирам и углеводам. Единственной особенностью его является то, что организм способен самостоятельно его синтезировать. Производство креатина в организме осуществляется посредствам следующих аминокислот: глицин, аргинин и метионин.

Креатин может вырабатываться в печени, почках и поджелудочной железе. При этом почти весь его объем запасается организмом в мышечных тканях и расходуется по мере надобности. При увеличении физической нагрузки его запас падает. Уровень креатина может восполняться как за счет диеты, так и собственными средствами организма.

У людей ферменты, вовлеченные в синтез креатина, локализуются в печени, поджелудочной железе и почках. Креатин может быть произведен в любом из этих органов, и затем транспортирован кровью в мышцы. Приблизительно 95% общего пула креатина запасается в тканях скелетной мускулатуры.

Действия креатина

• Влияние креатина на силу

Во время выполнения тяжелых силовых программ потребность мышц в АТФ резко возрастает (в сотни раз). Запасы АТФ и креатин фосфата  должны постоянно пополняться для обеспечения необходимого уровня энергии в мышцах. Принимая дополнительно креатин, вы увеличиваете количество молекул АТФ, что позволяет вам совершать более интенсивные тренировки, значительно отодвигая мышечную усталость. При занятиях бодибилдингом постоянное поддержание высокой интенсивности тренировок очень важно, поэтому и креатин здесь просто необходим.

• Влияния креатина на рост массы

Заявленная производителями прибавка мышечной массы в количестве 2-5 кг вполне реальна, если атлет полностью соблюдает спортивный режим. Научно доказано, что прием креатина уже через неделю способен повысить разовый максимум в жимах лежа на 10 кг. В свою очередь рост силы стимулирует анаболические процессы в мышцах, заставляя их расти с еще большей скоростью.

• Влияние креатина на мышечный рельеф

Прием креатина может положительно сказываться и на мышечный рельеф. Это связано с тем, что он способен закачивать воду в мышечные ткани. Таким образом, чем больше запаса креатина в мышцах, тем больше воды он способен связать. Поскольку мышца на 75% состоит из воды, дополнительная закачка жидкости увеличивает ее размеры, обеспечивая ей рельеф.

Кроме того, было научно доказано, что мышцы, вобравшие в себя воду, быстрее растут за счет увеличения выработки протеина и гликогена в них.

• Влияние креатина на увеличение выработки анаболических гормонов

Еще одним научным фактом о креатине является его способность дополнительно активизировать производство анаболических гормонов, которые представлены тестостероном и соматотропином. Причем было замечено, что секреция этих гормонов увеличивается не сразу, а спустя 2 часа. Это говорит о том, что выброс анаболических гормонов зависит не столько от креатина, сколько от увеличения интенсивности тренировок под его влиянием.


Кроме всего прочего, были доказаны и другие положительные эффекты от приема креатина:

• снижение уровня холестерина
• антивоспалительное действие при болях в суставах
• креатин выполняет защитную функцию нервной системы при ишемии и недостатке кислорода
• креатин используется при лечении болезней, вызывающих атрофию мышц
• некоторые ученые полагают, что креатин обладает противораковой активностью
• при хронической сердечной недостаточности прием креатина может снижать аритмию на 75%.

См. также:

Креатин моногидрат в спортивном питании

11.01.2019

1. Креатин моногидрат в бодибилдинге
2. Зачем принимать креатин моногидрат?
3. Особенности приема и побочные эффекты моногидрата креатина

Креатин моногидрат в бодибилдинге

Креатин хорошо знаком поклонникам тяжелой атлетики, бодибилдинга и физических нагрузок. Это натуральное вещество увеличивает выносливость и силу, помогает нарастить мышечную массу, поэтому креатин пользуется неизменным спросом в магазине спортивного питания. Спортивных добавок с креатином множество, но для максимального эффекта мы советуем купить креатин моногидрат. Почему именно креатин моногидрат? Потому, что эта форма креатина лучше и эффективнее других помогает улучшить тренировочные показатели и построить красивое мускулистое тело.

Зачем принимать креатин моногидрат?

Польза креатина общепризнана, но далеко не каждый покупатель спортивного питания сможет подробно объяснить, зачем он принимает креатин моногидрат. Разумеется, эффективность креатина от этого не уменьшается. Но лучше понимать, какую пользу приносит креатин моногидрат лично вам. А польза эта действительно неоценимая: 

1. Креатин моногидрат поступает в мышечные клетки и путем сложных биохимических превращений обеспечивает организм приливом энергии, важной для интенсивной тренировки и/или другой физической нагрузки. 

2. Креатин моногидрат повышает работоспособность, поэтому спортсмен тренируется тяжелее, а значит, эффективнее, задействуя максимум своих возможностей. В результате делается больше повторений, поднимается более тяжелый вес, а время отдыха между подходами сокращается. 

3. В результате креатин моногидрат помогает нарастить мышцы, причем именно сухую мышечную массу, без жира или с минимальным его количеством (это зависит от основного рациона питания). 

Таким образом, креатин моногидрат полезен спортсменам самых разных направлений: бодибилдинг, пауэрлифтинг, кроссфит, борьба, любой силовой и/или высокоинтенсивный тренинг. Но помните, что это касается именно креатина моногидрата. Другие формы креатина не обладают настолько же выраженным эффектом. 

Особенности приема и побочные эффекты моногидрата креатина

Креатиновые добавки можно купить в каждом интернет-магазине спортивного питания. Тем более важно понимать особенности креатина моногидрата, правила его приема и возможные побочные эффекты. Учтите, что креатин моногидрат обладает способностью задерживать воду в организме, за счет чего может показаться, что человек растолстел. На самом деле, жидкость, приливающая к мышцам, увеличивает их объем и выносливость. Такой эффект наблюдается не у всех спортсменов и проходит после отмены приема креатина. Но во время употребления креатина желательно увеличить количество жидкости, выпиваемое ежедневно. Зато опыты на реальных фокус-группах тренирующихся спортсменов наглядно показали, что прием креатина моногидрата на фоне силового тренинга позволил за месяц нарастить около 2 кг мышечной массы. У группы, не принимавшей креатин моногидрат, но тренировавшейся по той же программе, гипертрофия мышц была не настолько явно выражена. К тому же, креатин моногидрат обладает другими отличными свойствами. Он максимально усваивается и поступает в мышцы в оптимальной форме, не разрушившись в желудке. Креатин моногидрат не разлагается в воде, не требует фазы загрузки и не вредит здоровью.

Прямые антиоксидантные свойства креатина

Резюме

Креатин — самая популярная добавка, предлагаемая в качестве эргогенной добавки. В литературе есть свидетельства того, что добавка креатина увеличивает безжировую массу тела, мышечную силу и силу спринта. Однако эффективность креатина не была последовательной, и потенциальные механизмы не выяснены. Несмотря на ограниченные данные, свидетельствующие о том, что креатин может обладать антиоксидантным действием, это не было проверено напрямую.Поскольку оксиданты, такие как свободные радикалы, могут влиять на мышечную усталость и обмен белков, важно знать, может ли креатин нейтрализовать свободные радикалы и другие активные формы кислорода. Мы проверили гипотезу о том, что креатин удаляет супероксид-анионы (O ^{• —} ₂ ), пероксинитрит (OONO ^— ), перекись водорода и перекиси липидов (трет-бутилгидропероксид). Мы также определили, проявляет ли креатин значительную способность поглощать антиоксиданты (ASC), используя 2,2′-азино-бис (3-этилбензотиазоламин-6-сульфоновую кислоту) (ABTS ⁺ ) в качестве маркера.Креатин существенно не снижает уровень перекиси водорода или перекисного окисления липидов. Напротив, креатин показал значительную способность удалять ABTS ⁺ , O ^{• —} ₂ и OONO ^— по сравнению с контролем. Тушение креатином ABTS ⁺ было ниже физиологического уровня восстановленного глутатиона (0,375 мМ). Насколько нам известно, это первое доказательство того, что креатин может действовать как прямой антиоксидант против водных радикалов и ионов активных форм.

Ключевые слова

креатин

антиоксиданты

супероксид-анион

перекись водорода

перекисное окисление липидов

пероксинитрит

ABTS ⁺

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

3 США Посмотреть полный текст ). Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Анализ функциональных свойств креатинкиназной системы с помощью многомасштабного «небрежного» моделирования

Abstract

В этом исследовании функция двух изоформ креатинкиназы (CK; EC 2.7.3.2) в миокарде. Гипотеза «фосфокреатинового челнока» утверждает, что митохондриальные и цитозольные ЦК играют ключевую роль в транспорте высокоэнергетических фосфатных групп (HEP) от митохондрий к миофибриллам сокращающихся мышц. Временная буферизация изменений АТФ и АДФ — еще одна потенциальная роль ЦК. С помощью математической модели мы проанализировали перенос энергии и затухание высоких пиков гидролиза АТФ во время сердечного цикла. Анализ был основан на многомасштабных данных, измеренных на уровне изолированных ферментов, изолированных митохондрий, и на динамическом времени реакции окислительного фосфорилирования, измеренном на уровне всего сердца.Используя «небрежное моделирование» ансамблевого моделирования, мы получили доверительные интервалы для прогнозов вклада фосфокреатина (PCr) и АТФ в перенос HEP от митохондрий к участкам гидролиза АТФ. Наши расчеты показывают, что только 15 ± 8% (среднее ± стандартное отклонение) трансцитозольного переноса энергии переносится PCr, что противоречит гипотезе шаттла PCr. Мы также предсказали возможности временной буферизации изоформ СК, защищающих от высоких пиков гидролиза АТФ (3750 мкМ * с ^-1 ) в миофибриллах.Ингибирование ЦК на 98% in silico приводит к увеличению амплитуды пульсации митохондриального синтеза АТФ с 215 ± 23 до 566 ± 31 мкМ * с ⁻¹ , а амплитуды колебаний цитозольной концентрации АДФ удваиваются с 77 ± 11 до 146 ± 1 мкМ. Наши результаты показывают, что ЦК действует как буфер временной энергии с большой пропускной способностью и высокой емкостью, поддерживающий клеточный гомеостаз АТФ и снижающий колебания митохондриального метаболизма. Однако вклад ЦК в транспорт высокоэнергетических фосфатных групп кажется ограниченным.Активность митохондриальных ЦК снижает уровень цитозольных неорганических фосфатов, в то время как цитозольные ЦК имеют противоположный эффект.

Сведения об авторе

Креатинкиназа (CK) выполняет несколько функций в энергетическом метаболизме клеток. Он катализирует обратимый перенос высокоэнергетического фосфата от АТФ к креатину, способствуя накоплению энергии в форме фосфокреатина. В мышечных клетках этот дополнительный энергетический буфер играет ключевую роль в поддержании гомеостаза АТФ. Другой предполагаемой функцией ЦК является транспортировка энергии от производящих АТФ к участкам потребления АТФ посредством челночного механизма с участием митохондриальной и миофибриллярной изоформ ЦК.Степень, в которой этот механизм «фосфокреатинового челнока» используется в мышцах и других тканях, горячо обсуждается. Мы используем вычислительную модель системы CK, которая может прогнозировать перенос энергии и буферизацию пиков высокого спроса, чтобы оценить относительную важность обеих ролей в сердечной мышце. Мы проверяем модель с помощью многомасштабных данных об уровне кинетических констант ферментов и с помощью измерений динамического потребления кислорода в сердцах кроликов. Поскольку на прогнозы модели могут сильно повлиять изменения значений параметров, мы используем «небрежное» ансамблевое моделирование, которое позволяет устанавливать доверительные области для прогнозов.Наши результаты показывают, что основная функция CK в сердечной мышце заключается больше во временной буферизации энергии высоких пиков потребления АТФ во время сердечного сокращения, чем в транспортировке энергии.

Образец цитирования: Hettling H, van Beek JH (2011) Анализ функциональных свойств креатинкиназной системы с помощью многомасштабного «небрежного» моделирования. PLoS Comput Biol 7 (8): e1002130. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130

Редактор: Кевин Скотт Браун, Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, Соединенные Штаты Америки

Поступила: 24 августа 2010 г .; Одобрена: 8 июня 2011 г .; Опубликовано: 11 августа 2011 г.

Авторские права: © 2011 Hettling, van Beek.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: HH было поддержано Центром системной биологии медицины, который является центром передового опыта в области геномики, финансируемым правительством Нидерландов через Нидерландскую инициативу по геномике (NGI). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Хорошо известно, что креатинкиназа (СК) катализирует обратимый перенос фосфата от АТФ к креатину (Cr) 🙁 1)

Однако то, как эта биохимическая функция играет роль в функционировании клеток, было предметом интенсивных споров [1]. Примечательно, что две различные изоформы CK экспрессируются в мышечных клетках, одна — во внутреннем мембранном пространстве митохондрий (IMS), а другая — в цитозоле, где расположены сократительные элементы.Это привело к идее «фосфокреатинового челнока», предложенной Бессманом и Гейгером [2]: образование PCr из аденинового нуклеотида и креатина в IMS катализируется митохондриальной изоформой CK, Mi-CK, расположенной в IMS. Затем PCr может перейти в цитозоль, что представляет собой механизм облегченной диффузии высокоэнергетических фосфатных (HEP) групп. Ретрансфер HEP к адениновому нуклеотиду для активации миофибриллярных сокращений осуществляется мышечной изоформой CK, MM-CK, расположенной в цитозоле (см. Рисунок 1).Утверждалось, что перенос HEP осуществляется либо путем прямой диффузии АТФ через внешнюю мембрану митохондрий (MOM) и цитозоль, либо косвенно через «фосфокреатиновый челнок». Гипотеза фосфокреатинового челнока привела к обширным научным дебатам о роли ЦК, например [1], [3], [4].

Рис. 1. Схема модели компартментализованной системы креатинкиназ.

Основными элементами являются гидролиз АТФ АТФазой, синтез АТФ митохондриями и изоформы креатинкиназы (СК) в митохондриальном межмембранном пространстве (Mi-CK) и цитозоле (MM-CK).Окислительное фосфорилирование (OxPhos) происходит в митохондриальном матриксе и реагирует на уровни АДФ и неорганического фосфата (P _i ) в межмембранном пространстве митохондрий. Концентрации фосфокреатина (PCr), креатина (Cr), ADP, ATP и P _i зависят от скорости ферментативных реакций и транспорта. Рисунок был создан с помощью CellDesigner [57].

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.g001

Считалось, что система креатинкиназы, помимо функции передачи энергии, отвечает за (i) временную буферизацию энергии, поддерживая адекватное соотношение АТФ / АДФ во время прерывание подачи энергии [5] или во время изменения спроса на энергию [3], [6] и (ii) для регулирования окислительного фосфорилирования [7].Система ЦК, транспортирующая креатин вместо АДФ из цитозоля в митохондрии, является потенциальным ключевым регулятором окислительного фосфорилирования. Эксперименты по ингибированию CK на сердцах кроликов [8], [9] и эксперименты с нокаутом CK на мышах [10] предполагают, что система креатинкиназы влияет на динамическую адаптацию окислительного фосфорилирования к потребности в энергии.

Математическое моделирование оказалось полезным для понимания системы CK: несколько существующих моделей учитывают систему компартментализованного энергетического метаболизма в миоцитах в различных условиях [6], [11] — [16].Основные различия между моделью, анализируемой здесь, и другими моделями, описанными в литературе, рассматриваются в разделе «Обсуждение». Мы основываемся на ранее опубликованной вычислительной модели для динамической адаптации окислительного фосфорилирования к изменяющимся рабочим нагрузкам, которая захватывает ключевые элементы, ответственные за буферизацию и транспорт HEP между IMS и цитозолем [17], [18]. Модель включает синтез АТФ из АДФ путем окислительного фосфорилирования в митохондриях и потребление АТФ в цитозоле, обратимый перенос фосфатных групп от АТФ к креатину посредством ферментативных реакций CK и диффузию метаболитов между IMS и цитозолем через MOM (см. Рисунок 1). .На динамическое поведение модели влияют 22 свободных параметра кинетики ферментов и проницаемости мембран, которые были определены экспериментально и взяты из научной литературы.

В недавней работе мы исследовали чувствительность прогнозов этой модели CK в отношении возможной ошибки в параметрах с использованием упрощенного ансамблевого подхода и обнаружили, что даже небольшая ошибка по каждому параметру модели приводит к широкому диапазону возможных прогнозов [19] . Однако модели, содержащие множество молекулярно-кинетических параметров, все известные с небольшой точностью, могут давать полезные прогнозы, если учитывается корреляция этих неточностей.Brown et al. показали, используя вычислительную модель передачи сигналов фактора роста нервов, что предсказания жизнеспособных моделей могут быть достигнуты, несмотря на высокую степень неопределенности всех кинетических параметров [20], [21]. Подход выявляет так называемые «неаккуратные» комбинации параметров, которые при совместном изменении существенно не меняют результат моделирования модели, а это означает, что несколько комбинаций параметров одинаково хорошо описывают экспериментальные данные. Gutenkunst et al. исследовали множество метаболических и сигнальных сетей и обнаружили, что эти спектры чувствительности коррелированных параметров универсальны в моделях системной биологии [22].Чтобы использовать информацию из этих скрытых корреляций между параметрами, байесовский ансамбль различных наборов параметров, которые согласуются с экспериментальными данными, может быть взят с помощью методов Монте-Карло цепи Маркова (MCMC). Вероятность включения комбинации параметров в ансамбль пропорциональна вероятности того, что комбинация параметров предсказывает экспериментальный набор входных данных. Отправной точкой для обхода пространства параметров является набор параметров, полученный при подборе параметров методом наименьших квадратов к экспериментальным данным.Результирующий ансамбль наборов параметров, ограниченный экспериментальными данными, позволяет количественно оценить неопределенность не только значений параметров, но также определяет неопределенность прогнозов модели для новых экспериментальных вмешательств. Ниже мы демонстрируем, что объединение молекулярно-кинетических данных, данных органеллы и данных реакции всего органа с небрежным подходом к моделированию возможно и плодотворно.

Мы собрали набор предварительных данных о кинетических параметрах ферментов CK и использовали измерения окислительной способности и кинетики изолированных митохондрий и транспорта метаболитов через мембраны и цитозоль.Эти данные на молекулярном и органелларном уровнях были объединены с экспериментальными данными о реакции всего сердца: для скачков на несколько уровней частоты сердечных сокращений измерялось время реакции увеличения потребления кислорода сердцем. Основываясь на модельном анализе кислородной транспортной системы, время реакции поглощения кислорода на уровне митохондрий может быть рассчитано на основе всего поглощения на уровне сердца [9]. Эти времена ответа для уровней CK дикого типа и во время ингибирования CK играли важную роль в качестве входных данных для анализа MCMC.Основываясь на этих данных с нескольких уровней в системе, мы прогнозируем вклад PCr в транспорт HEP и буферную способность системы в отношении высокочастотных высокоамплитудных пульсаций гидролиза ATP во время сердечного цикла. Как следствие, мы определили, что функциональная роль CK-системы в переносе энергии ограничена и что высокие импульсы при гидролизе АТФ буферизуются CK в масштабе времени порядка 100 миллисекунд; обе функции в настоящее время не доступны для экспериментального измерения.Неожиданно мы также обнаружили, что митохондриальная изоформа CK играет роль в регуляции уровня цитозольного неорганического фосфата.

Результаты

Мы использовали экспериментальные данные из трех шкал: параметры молекулярной кинетики, параметры емкости органелл и данные динамического ответа всего органа. Априорная экспериментальная информация о кинетических параметрах была извлечена из литературы (см. Таблицу 1). Для девяти из 22 параметров модели сообщалось о стандартных ошибках измерения.Чтобы ограничить эти параметры ошибками измерения, мы добавили эту молекулярную и органелларную информацию в качестве терминов к функции затрат по методу наименьших квадратов, которая также содержала динамическое время отклика, измеренное на уровне всего сердца (см. Методы). Таким образом, экспериментальные данные на молекулярном уровне, уровне органелл и всей системы обрабатываются единым образом. Для проницаемости MOM для адениновых нуклеотидов (PS _{mom, AdN} ), ключевого параметра, влияющего на транспортировку энергии и поведение буферизации системы, значения в литературе противоречивы [18].Поэтому параметр PS _{mom, AdN} не ограничивался. Функция стоимости определяет вероятность того, что набор параметров совместим с наблюдаемыми данными (см. Методы). Используя цепь Маркова Монте-Карло, производится выборка распределения наборов параметров с высокой вероятностью совпадения с данными. Результирующий ансамбль наборов параметров, следовательно, является многомерным апостериорным распределением, сформированным функцией стоимости, которая отражает вероятность отдельных наборов параметров в байесовском смысле [21].

Данные о времени отклика на уровне всей системы были взяты из исследования Harrison et al., В котором перфузируемые сердца кроликов с электрической стимуляцией подвергались ступенчатому увеличению частоты сердечных сокращений [9]. После применения испытания время метаболической задержки t _mito было рассчитано из динамических измерений потребления O ₂ для оценки обобщенной постоянной времени динамики выработки АТФ. С исходного уровня 135 ударов в минуту (уд ​​/ мин) частота сердечных сокращений увеличилась до 160, 190 и 220 ударов в минуту соответственно.На сердца воздействовали либо йодуксусной кислотой (ИУК) для блокирования гликолиза, либо йодацетамидом (ИА) для ингибирования как гликолиза, так и активности ЦК, в результате чего было получено в общей сложности 6 точек данных по времени реакции окислительного фосфорилирования, как показано на Рисунке 2. Детали модели, экспериментальные данные, функцию стоимости и подход к ансамблевому моделированию можно найти в разделе «Методы».

Рис. 2. Подгонка по модели измеренного времени отклика к шагам частоты пульса.

Время реакции окислительного фосфорилирования (t _mito ) измеряли в изолированных сердцах кроликов [9].Параметры модели оценивались с использованием модифицированного алгоритма Левенберга-Марквардта. Красные столбцы представляют значения t _mito из эксперимента, желтые столбцы представляют значения t _mito , предсказанные моделью после процедуры подбора. Доступны данные для шести различных состояний: три разных амплитуды скачка частоты сердечных сокращений (от 135 ударов в минуту до 160, 190 и 220 ударов в минуту), каждое из которых измеряется с полной активностью ЦК дикого типа (100%) или с активностью ЦК, подавленной до 2%. значения дикого типа.Планки погрешностей отражают стандартную ошибку измерений и стандартное отклонение значений t _mito в ансамбле, соответственно.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.g002

Оценка параметров

оценивались одновременно, чтобы соответствовать значениям t _mito для всех условий с использованием процедуры оптимизации методом наименьших квадратов. Различные алгоритмы оптимизации (симплексный алгоритм спуска, метод Пауэлла, Левенберга-Марквардта) дали одинаковое качество подгонки.Начальные и оптимизированные значения параметров можно найти в таблице 1. На рисунке 2 показаны все значения t _mito , предсказанные моделью до и после оптимизации параметров для всех условий. После подгонки модель правильно предсказывает более быструю передачу сигналов спроса и предложения энергии, когда CK ингибируется на 98%, вызывая более слабую буферизацию ADP / ATP с помощью CK. В процедуре оптимизации максимальные скорости ферментов Mi-CK и MM-CK были снижены на 12 и 36%, соответственно, от их исходных литературных значений.Эти литературные данные об активности ферментов для MM-CK и Mi-CK были взяты из той же экспериментальной модели, но без ингибирования гликолиза с помощью IAA [8]. Экспериментальные данные, использованные в настоящем анализе, были измерены в присутствии ИУК, которая, как было обнаружено, снижает активность ЦК на 20% [9]. Следовательно, снижение предполагаемой активности ЦК вполне вероятно. Другими параметрами, которые значительно изменяются при оптимизации, являются кажущаяся константа Михаэлиса для неорганического фосфата в митохондрии, K _pi , которая снижается с 800 до 347 мкМ, и кажущаяся константа K _M для ADP, K _adp , которая увеличивается с 25 до 36 мкМ.Оба параметра входят в уравнение модели, определяющее скорость окислительного фосфорилирования, что может объяснить обратное изменение. Существует измерений in vitro K _pi , которые ниже, чем исходное значение, используемое в этом анализе [18]: Stoner & Sirak, например, измерили K _pi как 360 мкМ [23], что близко к нашему оптимизированному значению. ценить. Аналогичным образом, заявленные значения для K _adp варьируются от 20 до 30 мкМ [24], [25], подтверждая значения, полученные при подборе.

Выборка наборов параметров Монте-Карло

Начиная с оптимизированного набора параметров (см. Таблицу 1), мы выбрали пространство параметров для создания ансамбля из 658 независимых наборов параметров с использованием алгоритма Метрополиса-Гастингса. Набор параметров, обеспечивающий наименьшую стоимость во всем ансамбле, был этим оптимизированным набором параметров. Распределение всех параметров в ансамбле показано на рисунке 3. Девять кинетических параметров, для которых были известны значения погрешности (см. Таблицу 1), показывают среднее значение в ансамбле, близкое к измеренному значению, и стандартное отклонение, близкое к сообщенной ими ошибке измерения. из литературы, чего и следовало ожидать, учитывая априорную информацию в функции стоимости.Однако параметры, для которых не было стандартного значения ошибки, доступного в литературе в целом, дали стандартное отклонение в ансамбле, которое было меньше, чем присвоенная по умолчанию большая стандартная ошибка (см. Таблицу 1). Мы проверили влияние различных допущений на априорные стандартные отклонения по умолчанию на апостериорные распределения параметров и ансамблевые прогнозы, представленные в тексте S1, который показывает, что приведенные здесь выводы не меняются большими или меньшими значениями по умолчанию.

Рисунок 3. Распределение отдельных параметров в ансамбле, созданном с помощью алгоритма Метрополиса-Гастингса.

На графиках показаны гистограммы всех значений в ансамбле для данного параметра. Ансамбль состоит из 658 наборов параметров. Красный график представляет собой функцию плотности вероятности логнормального распределения со средним значением и стандартным отклонением каждого параметра, масштабированными до наблюдаемых частот.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.g003

Среднее значение PS _{mom, AdN} в ансамбле составляет 31,7 с ⁻¹ , что больше оптимизированного значения 13,3 с ⁻¹ , найденного ранее [18]. Распределение PS _{mom, AdN} показывает существенный перекос с минимальным значением 7,4 с ^-1 и довольно резкое исключение малых значений, которые приводят к медленному времени отклика системы. На основании экспериментов на изолированных пермеабилизированных кардиомиоцитах Sepp et al. ([26]) оценили значение проницаемости МОМ для адениновых нуклеотидов, равное 1833 нмоль / мин / мг белка на мМ разности концентраций.Преобразование этого значения, выраженного на мг тканевого белка, при допущении 150 мг белка на грамм сырого веса, соответствует PS _{мама, AdN} = 7,45 ± 1,89 с ^-1 . Это практически то же самое, что и минимум, оцененный в нашем ансамблевом анализе.

Прогнозирование вклада PCr и ATP в перенос энергии

Вклад PCr во внутриклеточный перенос HEP, R _{diff, PCr} , количественно оценивается отношением диффузии PCr (J _{diff, PCr} ) к общей диффузии фосфатных групп через MOM: (2)

Ансамбль моделирования, основанный на ансамбле параметров, описанном выше, позволяет оценить доверительную область для прогнозирования модели.В ансамбле R _{diff, PCr} составляет в среднем 0,17 ± 0,09 (среднее ± стандартное отклонение) при ЧСС 160 уд / мин и 0,15 ± 0,08 при 220 уд / мин в случае активной КК. На рисунке 4 показан 95% доверительный интервал между верхней и нижней границей ансамблевого прогноза для R _{diff, PCr} для условий IAA и IA в устойчивом состоянии при частоте сердечных сокращений 220 ударов в минуту. Небольшие колебания во время ингибирования ЦК обусловлены 2% -ной остаточной активностью ЦК. Верхняя граница 95% доверительного интервала остается ниже 0,44 во время сердечного цикла для всех смоделированных условий.

Рисунок 4. Прогнозирование переноса энергии от митохондрий в цитозоль с помощью PCr.

(A) Форсирующая функция пульсирующего цитозольного гидролиза АТФ для последних двух сердечных циклов моделирования более 60 с. (B) Прогнозирование относительного вклада PCr в поток высокоэнергетического фосфата через внешнюю мембрану митохондрий (R _{diff, PCr} ) при частоте сердечных сокращений 220 ударов в минуту. Заштрихованная область дает центральный 95% доверительный интервал траекторий R _{diff, PCr} , полученных из ансамблевого моделирования 658 наборов параметров.Сплошные линии отображают одну симуляцию набора параметров с наилучшей оценкой. Синий цвет указывает на состояние с активным CK. Моделирование с CK, ингибируемым IA на 98%, нанесено оранжевым цветом. Обратите внимание, что два сердечных цикла нанесены на график после достижения устойчивого состояния.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.g004

R _{diff, PCr} уменьшается во время пиков гидролиза АТФ и даже становится отрицательным для самых низких траекторий в ансамбле, что указывает на обратную диффузию PCr. в митохондрии в конце систолы (рис. 4).Моделирование показывает для этих случаев, что АДФ диффундирует в IMS во время пиков гидролиза АТФ, стимулируя обращение митохондриальной реакции ЦК на производство АТФ из ПЦр, точно так же, как это происходит в цитозоле. Для этих самых низких траекторий в ансамбле активность CK на единицу объема межмембранного пространства выше, чем активность CK на единицу объема цитозоля, вызывая более резкое снижение PCr в межмембранном пространстве. Это приводит к тому, что концентрация цитозольного PCr превышает концентрацию PCr в IMS, а отрицательный градиент заставляет PCr диффундировать обратно в IMS.Однако при усреднении по сердечному циклу R _{diff, PCr} всегда положительный, что указывает на чистый поток PCr из митохондрий в цитозоль, и для подавляющего большинства диффузионного потока PCr ансамбля никогда не становится отрицательным в течение всего сердечного цикла. . Моделирование показало, что относительная важность PCr-челнока становится меньше при более высоком гидролизе АТФ при частоте сердечных сокращений 160, 190 и 220 ударов в минуту. Мы проверили эту гипотезу, предсказав R _{diff, PCr} для диапазона ЧСС от 60 до 300 ударов в минуту.Моделирование ансамбля показывает, что R _{diff, PCr} непрерывно падает с увеличением частоты сердечных сокращений для всех выбранных комбинаций параметров (см. Рисунок 5A). Прогнозируемое снижение R _{diff, PCr} и увеличение концентрации P _i согласуется с результатами недавнего исследования перфузированных сердец крыс [27]. Повышенная потребность в энергии вызывает повышенный градиент АТФ между обоими компартментами. При 160 bpm средняя разница между концентрацией АТФ в IMS и цитозоле составляет 18.6 мкмоль * л ^-1 , при 220 ударов в минуту становится 22,3 мкмоль * л ^-1 для оптимального набора параметров. Повышенный градиент АТФ через MOM индуцирует прямой транспорт АТФ вместо облегченного транспорта через PCr.

Рис. 5. Зависимость диффузионного потока PCr от частоты сердечных сокращений и проницаемости митохондриальной мембраны для адениновых нуклеотидов.

Прогнозирование вклада PCr в поток высокоэнергетического фосфата через внешнюю мембрану митохондрий (R _{diff, PCr} ), усредненное по сердечному циклу, как функция (A) частоты сердечных сокращений и (B) проницаемости внешней мембраны митохондрий для нуклеотидов аденина (PS _{мама, AdN} ) соответственно.Значения для (A) Значения устойчивого состояния для R _{diff, PCr} в зависимости от частоты пульса (B) Значения устойчивого состояния для R _{diff, PCr} в зависимости от PS _{мама, AdN} при фиксированной частоте пульса 220 уд / мин. Мы выполнили моделирование для ансамбля, показанного на рисунке 3, с частотой сердечных сокращений или PS _{мама, AdN} , установленными в соответствии с осью x. Области, заштрихованные синим цветом, отображают 95% доверительный интервал прогноза, черные сплошные линии показывают прогноз для оптимизированных параметров (см. Таблицу 1).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.g005

Чтобы продемонстрировать зависимость использования челнока от проводимости мембраны для адениновых нуклеотидов, мы предсказали R _{diff, PCr} как функцию PS _{. мама, АДН} для ансамбля. Прогнозируемый диапазон, показанный на рисунке 5B, показывает, что только при очень небольшой проницаемости для АТФ вклад PCr становится высоким. Даже за минимальную стоимость ПС _{мама, АдН} в ансамбле (7.35 с ⁻¹ ), весь 95% доверительный интервал R _{diff, PCr} остается ниже 0,5. Низкая проницаемость MOM для адениновых нуклеотидов вызывает транспорт высокоэнергетических фосфатных групп через PCr, и то, что PS _{мама, AdN} никогда не ниже 7,35 с ^-1 , поэтому свидетельствует против преобладающего транспорта фосфокреатина. Также, когда значение PS _{мес, AdN} = 7,45 с ⁻¹ , по оценкам Sepp et al. ([26]), см. Выше, используется как предварительная информация, анализ по-прежнему дает аналогичные прогнозы R _{diff, PCr} , которые остаются с доверительной вероятностью 95% между 0.16 и 0,46 при ЧСС 220 уд / мин.

Можно утверждать, что значение K _ia митохондриальных ЦК должно быть установлено равным 290 мкМ при активном окислительном фосфорилировании ([28]), чтобы отразить функциональное связывание ЦК с транслокатором адениновых нуклеотидов (ANT). Оптимизация, основанная на этом значении K _ia , дает в результате, что в среднем 18% потока высокоэнергетического фосфата при частоте сердечных сокращений 220 ударов в минуту транспортируется в форме PCr, а остальное — в виде АТФ. Значения параметров для V _{max, Mi, f} , рассчитанные для митохондрий сердца крысы, составляют 1609 ± 113 мкМ / с в [28] и V _{max, ATPsyn} составляет 2960 мкМ / с, что примерно вдвое превышает значение, измеренное у кролика. исследование сердца проанализировано здесь.При использовании параметров сердца крысы в ​​сочетании с K _ia = 290 мкМ, вклад PCr в транспорт высокоэнергетических фосфатов оценивается в 25%. Дальнейший анализ модели, которая включает микрокомпартмент, который функционально связывает митохондриальную креатинкиназу с транслокатором аденин-нуклеотида ([6]), показывает, что трудно объяснить время ответа и молекулярно-кинетические параметры одновременно с этой моделью. Результаты этого анализа можно найти в тексте S2.Вывод о том, что вклад PCr в транспорт высокоэнергетических фосфатов относительно невелик, кажется надежным, поскольку в ансамблевом исследовании с параметрами сердца кролика этот вклад оценивался в 15-17%, см. Выше, и не становится существенно выше. в анализах с другими наборами параметров.

Прогнозирование временной буферизации энергии

Описанные выше результаты показывают, что прямой транспорт АТФ преобладает в работающей сердечной мышце. Учитывая, что переключение энергии PCr имеет ограниченное значение, мы исследовали еще одну потенциальную функцию CK, т.е.е. временная буферизация энергии. Когда потребление АТФ миофибриллами превышает продукцию митохондриального АТФ во время сокращения мышц, гомеостаз АТФ может поддерживаться с помощью PCr [4]. Ансамблевые прогнозы для R _{diff, PCr} , концентраций цитозольного АДФ и P _i и скорости синтеза АТФ при относительной активности CK 2, 100 и 300% от уровней дикого типа показаны на рисунке 6. Обратите внимание, что Mi-CK и MM-CK-активности изменяются одним и тем же фактором в этом наборе моделирования. Даже при 3-кратном увеличении активности CK, R _{diff, PCr} не увеличивается резко (Рисунок 6F).Однако на колебания концентрации цитозольного АДФ в значительной степени влияет активность ЦК. Амплитуда колебаний ADP составляет 77 ± 11 мкМ при нормальных уровнях CK и становится 146 ± 1 мкМ, если CK ингибируется на 98%, как в случае перфузированных сердец, обработанных IA (фигура 6K, J). При трехкратном увеличении активности CK она становится 36 ± 22 мкМ (рис. 6L). При моделировании гипотетического случая с увеличением активности фермента в 10000 раз колебания концентраций адениновых нуклеотидов почти полностью затухают до амплитуды 2.6 ± 0,2 мкМ (данные не показаны).

Рисунок 6. Колебания концентраций и потоков метаболитов во время сердечного цикла на трех уровнях активности ЦК.

Графики показывают (A – C) траекторию форсирующей функции гидролиза АТФ и ансамблевые прогнозы (D – F) R _{diff, PCr} , (G – I) скорость синтеза митохондриального АТФ, (J – L) цитозольный ADP и (M – O) цитозольные концентрации P _и при частоте сердечных сокращений 220 ударов в минуту. Активности Mi-CK и MM-CK были установлены на 2, 100 и 300% уровней дикого типа.Три сердечных цикла показаны в устойчивом состоянии. Сплошные линии показывают смоделированную траекторию оптимизированного набора параметров (см. Таблицу 1). Заштрихованные области показывают 95% доверительный интервал для всех траекторий ансамбля из 658 наборов параметров. Чтобы изменить активность CK, параметры, описывающие максимальную скорость фермента, V _{max, Mif} и V _{max, MMf} , изменяются параллельно с указанным процентом.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.g006

Динамика выработки митохондриального АТФ колеблется с амплитудами 566 ± 31, 215 ± 23 и 91 ± 14 мкМ * с ⁻¹ для 2 , 100 и 300% относительной активности ЦК, соответственно (Рисунок 6G – I).Пульсации концентраций АТФ и АДФ и синтеза АТФ синхронизированы с гидролизом АТФ в миофибриллах. Области уверенности для этих траекторий относительно узкие. Блокируя CK на 98%, средняя концентрация АДФ в IMS увеличивается до 64 ± 9 мкМ с 56 ± 9 мкМ при нормальном уровне CK. В отличие от АДФ, амплитуда колебаний цитозольного неорганического фосфата остается относительно постоянной при различных активностях ЦК на уровне около 145 мкМ. Это отражает то, что P _i не буферизируется напрямую CK.Удивительно, но средний уровень цитозольного неорганического фосфата падает с активностью ЦК. Средняя концентрация P _i при 2% активности CK составляет 1618 ± 97 мкМ и становится 1416 ± 80 мкМ для активности CK дикого типа (фиг. 6M, N). Для всех наборов параметров в ансамбле концентрация P _i снижается при увеличении активности CK.

Специфическая роль митохондриальной изоформы CK

Транспорт HEP с помощью PCr из митохондрий в цитозоль частично происходит через цепь, образованную обеими изоформами CK, но, как было предсказано, количественно это не очень важно.С другой стороны, для временной буферизации всплеска систолического гидролиза АТФ требуется только активность MM-CK в цитозоле, которая намного выше, чем активность Mi-CK (см. Таблицу 1). Поэтому до сих пор неясно, какова функция митохондриальной изоформы CK.

Для дальнейшего выяснения влияния компартментализованной системы ЦК на метаболизм мы выполнили ансамблевые прогнозы с индивидуальным ингибированием обеих изоформ ЦК одну за другой. На рисунке 7 мы показываем 95% доверительные интервалы прогнозируемых концентраций метаболитов и потоков реакции.Прогнозируется, что амплитуда колебаний в синтезе митохондриального АТФ вырастет с 215 ± 23 мкМ * с ^-1 при исходной активности ЦК до 278 ± 33 при 98% ингибировании Mi-CK, по сравнению с 375 ± 21 мкМ при использовании MM-CK. ингибируется на 98% (Рисунок 7I – K). Таким образом, несмотря на свою низкую активность, Mi-CK все же оказывает небольшое, но явное влияние на амплитуду колебаний синтеза АТФ. Ингибирование Mi-CK имеет больший эффект, когда MM-CK уже ингибирован (амплитуда 565 ± 31 мкМ * с ^-1 , фигура 7L). На подавление колебаний АДФ сильно влияет MM-CK, но не Mi-CK: 98% ингибирование Mi-CK приводит к увеличению амплитуды систолических колебаний ADP с 77 ± 11 до 83 ± 11 мкМ (рис. 7M, N), тогда как ингибирование MM-CK удваивает амплитуду до 146 ± 1 мкМ (фигура 70).

Рис. 7. Ансамблевые прогнозы концентраций метаболитов и колебаний потока во время сердечного цикла для селективного ингибирования изоформ CK.

В первом ряду (панели A – D) нанесена функция импульсного форсирования для гидролиза АТФ. Прогнозы динамики относительного вклада (E – H) PCr в транспорт высокоэнергетических фосфатов, R _{diff, PCr} , (I – L) скорости синтеза АТФ, (M – P) цитозольного ADP и (Q – T ) P _i концентраций. Пульс 220 уд / мин.В четырех столбцах мы сравниваем: отсутствие ингибирования CK, 98% ингибирование Mi-CK, 98% MM-CK или обе ферментативные реакции CK ингибированы на 98%. Черные сплошные линии показывают смоделированную траекторию оптимизированного набора параметров (Таблица 1). Области, заштрихованные синим цветом, показывают центральный доверительный интервал 95% для всех траекторий ансамбля из 658 наборов параметров. Чтобы изменить активность CK, параметры, описывающие максимальную скорость фермента, V _{max, Mif} и V _{max, MMf} , изменяются на указанный процент.После достижения устойчивого состояния показаны три сердечных цикла. Обратите внимание, что первый и последний столбцы также появляются на рисунке 6 и показаны здесь для удобства сравнения.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.g007

Прогнозы R _{diff, PCr} показывают, что и Mi-CK, и MM-CK необходимы для функционирования фосфокреатинового шаттла. Диффузия PCr, усредненная по сердечному циклу, вносит очень небольшой вклад в общую HEP, доставленную из митохондрий, когда Mi-CK или MM-CK ингибируется на 98%.С 98% ингибированной активностью Mi-CK, R _{diff, PCr} даже немного ниже нуля во время диастолы с низким гидролизом АТФ, что означает, что PCr транспортируется из цитозоля в IMS (рис. 7F). Обратите внимание, что эта ситуация обратная по отношению к нормальной активности Mi-CK и MM-CK, где диффузия PCr всегда положительна во время диастолы и иногда становится отрицательной во время пиков гидролиза АТФ. Для нормальной активности CK объяснение обратной диффузии PCr во время гидролиза АТФ (рис. 7E) заключалось в том, что активность CK на единицу объема выше в IMS, чем в цитозоле.Во время ингибирования Mi-CK это, конечно, уже не так, и систолическое потребление PCr в цитозоле приводит к диффузии PCr из IMS, объясняя обращение транспорта PCr во время систолы. Напротив, при ингибировании MM-CK АТФ буферизуется Mi-CK в IMS, и PCr диффундирует в IMS в конце пиков гидролиза АТФ. Это объясняет, почему R _{diff, PCr} становится более отрицательным во время пиков гидролиза АТФ с ингибированием MM-CK, и его колебания сильнее, чем для нормальной активности Mi-CK и MM-CK (Рисунок 7E, G).При ингибировании активности Mi-CK наша модель предсказывает увеличение амплитуды колебаний [ADP] в IMS с 57 ± 8 до 71 ± 8 мкМ. Таким образом, Mi-CK оказывает демпфирующее действие на колебания концентраций АДФ в IMS, что способствует подавлению синтеза митохондриального АТФ.

Предполагается, что концентрация цитозольного P _i будет снижена за счет активности митохондриальной креатинкиназы. Блокирование Mi-CK приводит к увеличению P _i примерно на 18% с 1416 ± 80 до 1670 ± 167 мкМ (рис. 7Q, R).Если Mi-CK ингибируется на 100%, концентрация P _i в установившемся состоянии становится равной 1678 ± 173 мкМ (данные не показаны). Ингибирование MM-CK снижает концентрацию P _i ; комбинация ингибирования Mi-CK и MM-CK приводит к немного более высокому уровню P _i по сравнению с диким типом (фиг. 7S, T).

Discussion

Относительная важность различных ролей системы CK в миоцитах все еще горячо обсуждается [4]. Настоящее исследование было разработано для изучения функции ЦК в кардиомиоцитах при различных нагрузках.В частности, мы стремились выяснить, является ли фосфокреатиновый челнок основным путем передачи HEP от митохондрий к потребляющим энергию миофибриллам, как указано в гипотезе фосфокреатинового челнока, или же CK имеет другие метаболические функции, например демпфирование колебаний концентраций АТФ и АДФ и окислительного фосфорилирования.

Были опубликованы различные компьютерные исследования метаболизма сердечной энергии, основанные на моделях, содержащих реакцию креатинкиназы, гидролиз и синтез АТФ.Модель, анализируемая в настоящем исследовании, является подмножеством модели Vendelin et al. ([6]) и был описан ранее [17], [18]. Градиенты диффузии в цитозоле, которые, как было показано, были очень малы ([6]), были заменены простой диффузионной проводимостью. Транслокатор адениновых нуклеотидов и переносчик фосфата во внутренней мембране митохондрий и реакции окислительного фосфорилирования (OxPhos) в митохондриях в модели Vendelin et al. были заменены уравнением Михаэлиса-Ментен, описывающим поток OxPhos как функцию ADP и Pi в межмембранном пространстве [18].Модель была дополнительно модифицирована для предотвращения термодинамически невозможных петель путем введения ограничений на равновесие реакций ЦК в IMS и цитозоле [19]. Некоторые модели в литературе реализуют субстратный канал между ANT и Mi-CK с помощью микрокомпартмента, который расположен внутри межмембранного пространства [6], [11], [29]. Характеристики этих моделей обсуждаются ниже. Существуют и другие модели энергетического метаболизма миокарда, которые не учитывают роль двух изоформ креатинкиназы, связанных посредством облегченной диффузии.Например, Beard et al. интегрировали подробную модель окислительного фосфорилирования [14] с моделью пространственно распределенного транспорта кислорода и метаболизма HEP для исследования регуляции окислительного фосфорилирования при различных сердечных нагрузках [5] и буферизации HEP в сердце при высоких нагрузках, острой ишемии и реактивном гиперемированном восстановлении. .

В настоящем исследовании мы предсказали функции изоформ фермента CK на основе следующей стратегии. Был собран набор экспериментальных данных из нескольких шкал.Мы основывали анализ на нашей модели, которая, как было показано, содержит ключевые элементы системы CK [17], [18]. Набор экспериментальных данных позволил оценить все параметры этой модели. Чтобы установить доверительные интервалы для предсказаний функции CK, экспериментальные ошибки для данных были явно учтены. Это стало возможным благодаря созданию ансамбля наборов параметров модели. Вероятность того, что набор параметров является частью ансамбля, определялась на основе вероятности предсказанного набора экспериментальных данных при заданных параметрах.Такой подход получил название неаккуратного моделирования [21]. Brown et al. [20] и Gutenkunst et al. [22] применили его к временным рядам уровней активности белка, измеренных во время динамических реакций системы в целом. Удивительным открытием в их исследованиях было то, что отклики системы в целом были предсказуемы с приемлемыми доверительными интервалами, даже если все параметры модели были известны с очень плохой точностью. Это возможно, потому что корреляция между параметрами хорошо определяется поведением системы в целом.

Новым аспектом в настоящем исследовании является то, что мы объединили данные, полученные с разных уровней интеграции в системе: кинетические параметры, определенные на отдельных ферментах, уровни активности ферментов, измеренные в гомогенатах тканей, уровни органелл, измеренные на изолированных митохондриях, и определенное время динамического ответа. на сердце в целом. Время реакции всего органа было очень важно, потому что оно чувствительно зависит от проницаемости адениновых нуклеотидов через внешнюю митохондриальную мембрану, одного из параметров органеллярного уровня.Эту проницаемость MOM невозможно определить экспериментально с какой-либо степенью точности в изолированных митохондриях. Объединение некоторых стратегически важных данных на уровне всей системы с молекулярными параметрами оказывается достаточным для прогнозирования свойств системы с приемлемыми доверительными областями (рисунки 4-7).

Многие из экспериментов, которые призваны поддерживать высокую степень функциональной связи между CK и ANT, были выполнены в изолированных митохондриях или в изолированных миоцитах и ​​мышечных волокнах, которые были проницаемы.Их часто изучали при температурах существенно ниже физиологического уровня. Важным аспектом нашего анализа является то, что мы пытаемся оценить функциональную роль ЦК в неповрежденном сердце. С этой целью мы объединяем кинетические данные на молекулярном уровне с данными, полученными на изолированных перфузированных сердцах. Важно понимать, что эти сердца были неповрежденными, с полностью функциональной сократительной способностью и клеточными мембранами. Наш модельный анализ объясняет экспериментальные данные без привлечения прямого взаимодействия CK и ANT.Однако ограниченная проницаемость внешней мембраны митохондрий для адениновых нуклеотидов, оцениваемая по времени отклика в интактном сердце, приводит к определенной степени динамической компартментации адениновых нуклеотидов. Такой подход помогает определить функциональную роль ЦК в интактном сердце при физиологических температурах. Если прямое связывание CK-ANT является единственным способом доставки ADP в ANT, то эксперименты с 98% ингибированием CK не могут быть объяснены. Тогда также было бы трудно объяснить, что животные с нокаутом Mi-CK все еще обладают значительной сократительной функцией сердца [30].Будущие модели взаимодействия CK-ANT должны учитывать такие экспериментальные наборы данных с ингибированием CK, а также объяснять данные по фосфатному мечению Erickson-Viitanen et al. [31]

Наши результаты показывают, что основная роль системы CK в сердечной мышце заключается в том, чтобы служить временным энергетическим буфером для АТФ и АДФ в масштабе времени 100 миллисекунд. Роль СК в поддержке транспорта высокоэнергетических фосфатных групп кажется ограниченным. Если подача кислорода прерывается, PCr также буферизует АТФ и АДФ в течение нескольких секунд [5].Таким образом, временная буферизация энергии имеет относительно большую полосу пропускания. Жубер и др. экспериментально исследовали роль CK-шаттла с помощью протоколов передачи намагниченности ³¹ P ЯМР in vivo и предложили гипотезу о разносторонней роли PCr во внутриклеточном переносе энергии в зависимости от сердечной деятельности [32], [33]. Частичное ингибирование синтеза АТФ привело к снижению непрямого транспорта энергии через PCr. Это снижение предсказывается нашей моделью (данные не показаны). Некоторые вычислительные модели для компартментализованной передачи энергии в мышцах, как, например, у Vendelin et al.([13]) предполагают ограниченную диффузию аденозиновых нуклеотидов до такой степени, что перенос энергии через PCr становится существенным. Однако большое ограничение проникновения адениновых нуклеотидов в цитозоль и MOM несовместимо с относительно быстрыми ответами окислительного фосфорилирования на этапы цитозольной рабочей нагрузки [18].

Параметр проводимости PS _{mom, AdN} в нашей модели отражает не только проникновение собственно MOM, но и диффузию в миофибриллах и цитозоле.Обратный PS _{mom, AdN} в нашей модели, следовательно, является суммой обратных продуктов проницаемости-поверхности (PS) для собственно MOM и цитозоля, соответственно [18]. Настоящий ансамблевой подход Монте-Карло показывает, что PS _{mom, AdN} находится в диапазоне от 7,4 до 115 с ⁻¹ (см. Рисунок 3). На основании коэффициента поперечной диффузии 52 мкм ² / с для АТФ в миофибриллярном пространстве, измеренного с помощью флуоресцентно меченого АТФ [34], рассчитанный PS для цитозоля равен 216.7 сек ⁻¹ [18]. Учитывая совокупное среднее значение PS _{м / м, AdN} 31,7 с ^-1 (см. Таблицу 1), мы прогнозируем, что около 15% общего сопротивления диффузии может быть отнесено к цитозолю. Обратите внимание, что флуоресцентно меченый АТФ имеет более высокую молекулярную массу, чем АТФ. Истинный коэффициент диффузии АТФ, вероятно, выше, и поэтому вклад цитозольного пространства в диффузионное сопротивление, вероятно, переоценен в этом расчете. Вклад PCr в транспорт HEP, предсказанный в настоящем исследовании (рисунок 4), совместим с измеренным временем отклика системы (рисунок 2).Было высказано предположение, что в кардиомиоцитах плотность митохондрий и их близость к миофибриллам достаточны для обеспечения транспорта энергии через аденозиновые нуклеотиды [3]. Предсказание нашей модели о том, что транспорт PCr с помощью CK не является обязательным для транспорта HEP, согласуется с наблюдением, что нокаут CK имеет относительно слабые эффекты на сердечную функцию [10], [30], [35].

Было высказано предположение, что активация окислительного фосфорилирования сильно зависит от субстратного канала АТФ и АДФ между тесно связанными ферментами Mi-CK и ANT, что означает, что АТФ, экспортированный из митохондриального матрикса через ANT, сразу становится доступным в качестве субстрата для Mi-CK. .Полученный АДФ затем направляется обратно, чтобы стимулировать окислительное фосфорилирование в митохондриальном матриксе. Однако гипотеза функционального сцепления все еще обсуждается [1], а другие исследования, похоже, противоречат ей [36]. Чтобы исследовать эффект функциональной связи между ANT и Mi-CK, мы реализовали и проанализировали модель Vendelin et al. ([6]), где реакции связаны микрокамерой (см. Текст S2). Считается, что модель, которая содержит константы, феноменологически отражающие функциональную связь Mi-CK с ANT, дает хорошее и эффективное в вычислительном отношении представление функциональной связи между Mi-CK и окислительным фосфорилированием [29].Подобрать модель Vendelin et al. приведенным экспериментальным данным времени задержки митохондрий (t _mito ) при учете измерений молекулярно-кинетических параметров в функции стоимости. Эта модель не могла предсказать более быструю реакцию на скачок скорости потребления АТФ после ингибирования CK, особенно при низких рабочих нагрузках. Даже когда все параметры из модели Vendelin et al. были переменными во время процедуры оптимизации, качество подгонки далеко от оптимального, несмотря на то, что модель Vendelin et al.имеет примерно в три раза больше параметров, чем наша нынешняя модель. Поэтому мы не рассматриваем микрокомпартмент в нашем настоящем исследовании.

Настоящие результаты предполагают, что большая часть задержки активации окислительного фосфорилирования после временных изменений гидролиза АТФ вызвана задержкой изменений уровней фосфатных метаболитов за пределами внутренней митохондриальной мембраны. Чтобы выяснить, задерживают ли процессы внутри митохондрий ответ дальше, мы протестировали модель митохондриального матрикса, включая транспорт метаболитов через внутреннюю митохондриальную мембрану с мгновенными ступенчатыми изменениями АДФ или P _i , а также ADP и P _i одновременно снаружи. внутренняя митохондриальная мембрана.Это соответствует модели, примененной в тексте S2, где все процессы вне внутренней митохондриальной мембраны удалены, а концентрации АДФ и P _– вне внутренней митохондриальной мембраны установлены как вынуждающая функция. После 20% увеличения концентрации АДФ синтез АТФ в митохондриях достиг стабильно более высокого уровня в течение одной секунды. Время отклика, рассчитанное как для t _mito , составило 0,4 с. Для шага в P _i отклик был еще быстрее с отрицательным значением для времени отклика -0.3 с, потому что ответ показал перерегулирование. При одновременном изменении ADP и P _i митохондриальный ответ был практически полным в течение полсекунды, а время ответа — 0,08 с. Когда внемитохондриальный АДФ изменяется, как потребление кислорода митохондриями, так и отток АТФ через АНТ реагируют даже быстрее, чем реакция АТФ-синтазы. Быстрый ответ митохондриального метаболизма, предсказанный моделью, согласуется со спектроскопическими измерениями степени окисления цитохрома b-переносчика электронов, который окислялся с полупериодом 70 миллисекунд после ступени внемитохондриальной концентрации АДФ при 26 ° C, и предположительно намного быстрее при физиологической температуре [37].

В исследованиях изолированных митохондрий сердечной мышцы кроликов прямой вклад митохондриального АТФ в образование PCr с помощью Mi-CK невелик [31]. Для радиоактивно меченных фосфатных групп было показано, что если концентрация АТФ в среде митохондрий превышает 0,2 мМ, менее 6% синтеза ПЦР использует АТФ, синтезированный непосредственно заранее в митохондриальном матриксе. Это несовместимо с моделью, в которой основная часть PCr синтезируется из АТФ, непосредственно переданного креатинкиназе через очень маленький отсек с ограниченным обменом с окружающей средой.

С помощью анализа in silico мы вывели различные роли митохондриальных и миофибриллярных ферментов креатинкиназы. MM-CK в основном отвечает за демпфирование больших колебаний концентраций метаболитов и больших колебаний скорости окислительного фосфорилирования, которые в противном случае были бы вызваны большими пиками гидролиза АТФ во время сердечного цикла. Mi-CK ограничивает высокие концентрации неорганического фосфата, что удивительно, учитывая, что неорганический фосфат не обрабатывается напрямую CK.Несмотря на свою низкую активность, Mi-CK также снижает колебания синтеза АТФ, в основном из-за влияния Mi-CK на колебания ADP в межмембранном пространстве.

Влияние изоформ СК на буферизацию колебаний АДФ и предотвращение высоких концентраций неорганического фосфата может играть роль в предотвращении образования активных форм кислорода (АФК). Производство АФК сильно зависит от потенциала митохондриальной мембраны, который увеличивается при низких уровнях АДФ [38], [39].Электрический мембранный потенциал в митохондриях также может быть изменен неорганическим фосфатом, что приводит к усиленному высвобождению АФК [40]. Согласно нашим прогнозам, низкие концентрации АДФ во время диастолы предотвращаются с помощью MM-CK (см. Рисунок 7). Наша модель также предсказывает защитную роль Mi-CK против образования кислородных радикалов, предотвращая высокие концентрации неорганического фосфата. Функция Mi-CK по предотвращению образования кислородных радикалов была экспериментально обнаружена в изолированных митохондриях мозга [38].Энергетическая буферная роль системы ЦК связана с предотвращением окислительного стресса в нейронах [41], [42]. Креатиновые добавки к питанию также показали нейропротекторный эффект на моделях болезни Хантингтона [43], [44]. Влияние креатина в качестве пищевой добавки на здоровье и болезни недавно было изучено Wallimann et al. [45].

В заключение мы показали, что с помощью относительно небольшой модели «скелета» мы смогли объяснить динамическую адаптацию сердечного энергетического метаболизма к изменяющимся рабочим нагрузкам и различить различные функции отдельных изоферментов CK.Небрежный подход к моделированию позволяет делать полезные прогнозы поведения системы ЦК, несмотря на ограниченные экспериментальные исходные данные и ограниченные знания кинетических параметров. Концепция небрежного моделирования также может быть использована для поиска оптимальных экспериментальных планов для дальнейшего тестирования модели [46]. Мы также продемонстрировали, что сочетание анализа компьютерной модели с экспериментальными данными об уровне клеточных органелл и изолированных ферментов и с реакцией сердца в целом обеспечивает мощную комбинацию, которая дает ценную информацию о функциональных функциях ЦК, таких как регуляция окислительное фосфорилирование, перенос энергии, уровни неорганического фосфата и буферизация пиков гидролиза АТФ в масштабе времени 100 миллисекунд.

Методы

Расчетная модель

Для нашего анализа мы использовали ранее опубликованную вычислительную модель [18]. Он доступен в различных форматах и ​​может быть найден в базе данных BioModels [47], а также в репозитории моделей CellML [48]. Модель включает ключевые элементы системы ЦК с синтезом АТФ в митохондриях и пульсирующим гидролизом АТФ в цитозоле (см. Рисунок 1). Вход модели — форсирующая функция цитозольного использования АТФ, катализируемая миозин-АТФазой и ионными насосами.Модель содержит десять обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ), описывающих скорость изменения концентрации каждого метаболита (АДФ, АТФ, PCr, Cr, P _и ) в двух частях с течением времени. Эти уравнения были подробно описаны ранее [18]. Динамика модели зависит от 22 кинетических параметров, извлеченных из литературы, которые перечислены в таблице 1. В целом кинетические константы, извлеченные из литературы, имеют относительно скромные стандартные ошибки. Однако, что касается проницаемости МОМ для АТФ и АДФ (предполагается, что при модельном анализе они равны; см.[6]), зарегистрированные значения отличались от 0,16 [6] до 85 мкм * с ^-1 в модели Берда [14] на основе измерений Lee et al. [49]. Это большое отклонение, возможно, связано с процедурами выделения митохондрий или проницаемости клеточной мембраны.

Параметр продукта проницаемость внешней мембраны — поверхность митохондрий PS _{mom, AdN} сильно влияет на время реакции для динамической адаптации окислительного фосфорилирования. Таким образом, динамические измерения венозного оттока кислорода в сердце в целом в ответ на увеличение частоты сердечных сокращений позволяют оценить проницаемость митохондриальной мембраны на уровне органелл.Измерения всего сердца были скорректированы на задержку транспорта кислорода, чтобы отразить события на уровне митохондрий (см. Ниже). Время митохондриальной реакции t _mito определяется как обобщенная постоянная времени зависимости от времени потребления кислорода (определяемая как эквивалент первого центрального статистического момента функции импульсного отклика в случае, если система является линейной), ранее описанная в [18], [50] — [52]. На основе моделирования модели t _mito рассчитывается следующим образом: (3)

Где J _{ATPhyd, базис} и J _{ATPhyd, test} — это значения скоростей гидролиза АТФ для двух значений частоты сердечных сокращений с электрическим ритмом на исходном уровне и уровне теста, усредненные по сердечному циклу; J _ATPsyn обозначает динамику синтеза АТФ в митохондрии.t _{, шаг} — это момент времени, когда частота сердечных сокращений увеличивается, а t _end — момент времени последнего измерения кислорода. Обратите внимание, что среднее значение J _ATPsyn в установившемся состоянии до и в конце тестовой нагрузки равно J _{ATPhyd, базис} и J _{ATPhyd, тест} , соответственно.

Чтобы соответствовать экспериментальным условиям в [9], t _end был установлен на 60 секунд с t _step = 0 секунд; начальный пробег в течение 40 секунд перед шагом измерения пульса гарантирует, что синтез АТФ адаптировался к гидролизу АТФ и находится в устойчивом состоянии на этой стадии.Чтобы исследовать демпфирующие способности смоделированной системы, гидролиз АТФ моделируется как пульсирующая функция, представляющая переменный характер потребности в энергии в систолу и диастолу, как описано в [18]. На рисунке 8 показан динамический ответ выработки митохондриального АТФ в ответ на увеличение частоты сердечных сокращений и гидролиз АТФ.

Рис. 8. Пульсирующий характер производства и потребления энергии в бьющемся сердце и реакция на скачок частоты сердечных сокращений.

Показаны временные характеристики (A) гидролиза АТФ и (B) синтеза, смоделированные с помощью модели на Рисунке 1.В момент времени 0 с средняя скорость гидролиза АТФ увеличивалась с 486,5 до 627,6 мкМ * с ^-1 , что соответствовало увеличению частоты сердечных сокращений со 135 до 220 ударов в минуту, как это было наложено в экспериментах, которые были смоделированы в этом исследовании. Обратите внимание на разницу в масштабе оси Y между панелями A и B.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.g008

Небрежное моделирование ансамбля

Почти все модели в системной биологии содержат параметры, которые нельзя точно определить.Обычной практикой является оценка недостающих значений параметров с помощью параметра, соответствующего экспериментальным данным. После подбора можно делать прогнозы модели и анализировать лежащие в основе биологические процессы. Это, однако, опасно, потому что ряд комбинаций параметров может одинаково хорошо согласовываться с имеющимися данными, что может привести к отклонениям от модельных прогнозов новых экспериментальных ситуаций. Направления в пространстве параметров, где изменения параметров действительно очень мало меняют результат моделирования, были названы Брауном и др. «Небрежными»., тогда как направления, в которых небольшие изменения значений параметров сильно влияют на динамическое поведение системы, были названы «жесткими» [21]. Спектры чувствительности с неаккуратным параметром были идентифицированы для множества биологических моделей путем анализа собственных векторов и собственных значений матрицы чувствительности, рассчитанной на основе функции стоимости хи-квадрат [22]. Неаккуратные модели демонстрируют характерный паттерн с логарифмами собственных значений, приблизительно равномерно распределенными в большом диапазоне. Анализ чувствительности модели CK выявил наличие как жестких, так и неаккуратных комбинаций параметров и «неаккуратного» спектра чувствительности [53].Поскольку наша модель демонстрирует неаккуратную чувствительность параметров и основана на данных, подверженных экспериментальным вариациям, получение прогнозов на основе ансамбля наборов параметров предпочтительнее, чем просто полагаться на один набор параметров, соответствующий экспериментальным данным. Согласно парадигме небрежного моделирования ([21], [22]), вероятность того, что набор параметров модели будет включен в ансамбль, пропорциональна его вероятности описать данные экспериментальные данные, умноженной на вероятность предшествующей экспериментальной информации о сами значения параметров.Таким образом, процесс выборки основан на байесовском выводе апостериорного распределения наборов параметров, где — вероятность данных, заданных для набора параметров, — это априорная вероятность набора параметров, основанная на экспериментальных априорных знаниях о значениях одного параметра, а апостериорная вероятность — вероятность набора параметров для описания заданных экспериментальных данных. Построение ансамбля методом Монте-Карло цепей Маркова (MCMC) было выполнено с помощью алгоритма Метрополиса-Гастингса [54].Программная среда Sloppy Cell, использованная для анализа, была адаптирована для обработки всех операторов, которые были в файле SBML, описывающем модель. Модифицированная версия представлена ​​в наборе данных S1. Чтобы ускорить сходимость, Sloppy Cell делает большие шаги по неаккуратным направлениям и меньшие шаги по жестким направлениям в пространстве параметров; эта «выборка по важности» описана в [20], [21].

Экспериментальные данные

Измеренные значения параметров молекулярной модели и их происхождение, извлеченные из научной литературы, перечислены в таблице 1.Для девяти из 22 параметров можно было найти надежные стандартные ошибки измерения. В дополнение к прямым измерениям молекулярных параметров мы используем значения t _mito из исследования Harrison et al. где были исследованы эффекты ингибирования креатинкиназы и различных размеров скачков частоты сердечных сокращений с электрическим ритмом в сердцах кроликов [9]. Изолированные сердца перфузировали раствором Тирода, содержащим, среди прочего, глюкозу и пируват, чтобы обеспечить субстрат для энергетического метаболизма.В наш набор данных мы включаем два экспериментальных условия, в которых сердца подвергались воздействию либо (i) йодауксусной кислоты (IAA) для блокирования глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (GAPDH), либо (ii) йодацетамида (IA) для ингибирования как CK, так и GAPDH. Чтобы обеспечить достаточное количество восстанавливающих эквивалентов для подпитки аэробного дыхания, несмотря на ингибирование гликолиза, буфер также содержал пируват.

Аденозин был добавлен в буфер Тироде, чтобы обеспечить неограниченное поступление кислорода при регистрации потребления кислорода.Измерения всего сердца были скорректированы на время переноса O ₂ в коронарных сосудах на основе модели переноса кислорода за счет конвекции в кровеносных сосудах и диффузии через ткань. Таким образом, t _mito отражает время ответа на уровне митохондрий (см. [9] и цитируемые там ссылки). Среднее время отклика было также скорректировано с учетом небольшого отклонения от идеальной стадии гидролиза АТФ от биения к биению, измеренного как начальное превышение произведения скорость-давление [50].Для каждого условия были установлены шаги частоты сердечных сокращений от 135 до 160, 190 и 220 ударов в минуту, соответственно, с использованием электрической стимуляции. Обратите внимание, что гликолиз всегда неактивен, когда измеряется динамический отклик, что соответствует отсутствию гликолиза в вычислительной модели. Этот подход позволил отделить вклад системы CK от вклада гликолиза, что устраняет значительную сложность анализа модели.

Стадия гидролиза АТФ из 486.От 5 до 627,6 мкмоль * л ^-1 клеточной воды * с ^-1 соответствует шагу в частоте сердечных сокращений с электрическим кардиостимулятором от 135 до 220 ударов в минуту, как было оценено на основе измерений потребления кислорода миокардом [18]. Из этих значений мы линейно интерполировали скорости гидролиза 531,4 и 579,5 мкмоль * л ^-1 клеточной воды * с ^-1 для ЧСС 160 и 190 ударов в минуту, соответственно. Чтобы моделировать ингибирование CK IA, параметры модели для максимальных скоростей обеих ферментативных реакций были установлены на 2.3% от их исходных значений, что соответствует активности CK, измеренной для подавленных сердец. Обратите внимание, что активность ферментов, емкость митохондрий и время динамической реакции всего органа были измерены в одной и той же экспериментальной модели в одной лаборатории.

Функция затрат

Параметры модели подбираются к экспериментальным данным с использованием модифицированной процедуры наименьших квадратов Левенберга-Марквардта в пространстве логарифмических параметров, которая является частью среды моделирования SloppyCell.Для нашей модели и данных мы рассчитываем стоимость для данного набора параметров следующим образом: (4) где y _c является прогнозом модели t _mito (уравнение 3) как функция значения параметра θ и d _c — измеренное значение для условия c со стандартной ошибкой. Первый член функции стоимости учитывает экспериментальные данные на уровне всего сердца, тогда как второй член представляет предшествующую экспериментальную информацию о значениях параметров, найденных в литературе или измеренных в сочетании с смоделированными экспериментами.Априорная стоимость, которая дает штраф для параметра θ _i за отклонение от его измеренного значения θ _i ^* , рассчитывается как в [54] 🙁 5)

Обратите внимание, как априор используется для ввода экспериментально измеренной информации о параметрах, измеренных на молекулярном уровне, во втором члене уравнения. 4, в то время как первый член вносит измеренную информацию обо всем отклике системы. Отклонения прогнозируемого времени отклика от их измеренных значений штрафуются по сравнению со стандартными ошибками измерений, а отклонение молекулярных параметров от измеренных значений штрафуется по сравнению со стандартными ошибками, о которых сообщается.Значения молекулярных параметров, приведенные в литературе, обычно представлены как среднее значение и стандартная ошибка. Однако в рамках небрежного моделирования предпочтительно выбирать нормальное распределение в логическом пространстве [20], [22], [54]. Гауссово распределение логарифмических параметров было предложено как биологически правдоподобное [55]. Это удобный способ работать с безразмерными положительными величинами как значениями параметров [56].

Для того, чтобы вычислить значение σ для параметра θ в пространстве журналов из его сообщенной стандартной ошибки (с учетом диапазона 95% доверительной области), мы устанавливаем значение следующим образом: (6) где SE — абсолютная стандартная ошибка параметр θ _i .Если стандартная ошибка мала по сравнению со средним значением параметра, формы предыдущих распределений становятся приблизительно нормальными (см. Рисунок 3). Поскольку стандартные ошибки можно было найти только для девяти из всех 22 параметров системы, мы выбрали значение по умолчанию для остальных параметров как максимальное из всех значений для параметров с известной ошибкой. Этот максимум был ошибкой параметра бинарной константы диссоциации креатина из Mi-CK (K _{ib, Mi} и см. Таблицу 1).Чтобы исследовать влияние измененного предварительного стандартного отклонения по умолчанию на апостериорные распределения параметров и ансамблевые прогнозы, мы выполнили несколько дополнительных ансамблевых симуляций с более низкими и высокими значениями по умолчанию. Результаты этого моделирования можно найти в тексте S1. Параметр, описывающий проводимость MOM для адениновых нуклеотидов, PS _{mom, AdN} , не мог быть надежно определен экспериментами на органеллярном уровне и, следовательно, не ограничивался предшествующими исследованиями.

Определение неопределенности прогноза: ансамблевое моделирование

Первая оценка значений параметров была определена методом наименьших квадратов для данных с использованием функции стоимости уравнения 4.Эта начальная оценка наилучшего параметра, полученная в результате оптимизации, используется в качестве отправной точки для обхода пространства параметров с использованием алгоритма Метрополиса-Гастингса. Запуск случайного блуждания из оптимизированного набора параметров позволил алгоритму быстрее сходиться к апостериорному распределению. Мы используем реализацию алгоритма в SloppyCell для выборки наборов параметров с плотностью вероятности, пропорциональной. Все скрипты для воспроизведения представленных расчетов можно найти в Dataset S2.Чтобы гарантировать, что члены ансамбля статистически независимы, мы «сокращаем» ансамбль, беря только каждые n ^– выборок, где n — максимальное время корреляции всех параметров. Время корреляции параметра определяется как постоянная времени его автокорреляционной функции. Для нашей модели 50000 шагов в случайном блуждании достаточно для получения более 600 независимых наборов параметров. Независимые наборы параметров в ансамбле обеспечивают окончательную оценку параметров, характеризуемую не только средним значением, но и стандартным отклонением, которое отражает разброс оценки.Расчеты выполнялись параллельно на параллельной машине ClusterVision с 16 узлами, состоящими из четырех процессоров с тактовой частотой 3 ГГц и 4 ГБ ОЗУ. Из соображений вычислительной производительности мы рассчитали моделирование для оценки параметров и ансамблевой выборки с усредненной скоростью гидролиза АТФ по сердечному циклу, а не с пульсирующим паттерном, показанным на рисунке 8. Это значительно сократило время, необходимое для расчетов, что сделало возможным выполнение ансамблевые расчеты за несколько часов.

Однако, чтобы исследовать демпфирующие характеристики системы, мы используем импульсную форсирующую функцию гидролиза АТФ (см. Рисунок 8A) [18].Для оценки различий в уровнях и потоках метаболитов, вызванных заменой пульсирующей функции на усредненную по времени непрерывную функцию, из всех наборов параметров, опробованных методом случайного блуждания Монте-Карло, случайным образом были взяты 1000 наборов параметров, чтобы сравнить значения результатов модели между пульсирующие и непульсирующие симуляции. Переменные, наиболее подверженные влиянию пульсационного приближения, — это R _{diff, PCr} и t _mito . Разница между импульсным и непульсирующим моделированием всех 1000 наборов параметров составляет 7.6 ± 4,3 и 6,8 ± 1,5% (среднее ± стандартное отклонение) соответственно. Значения t _mito из непульсирующего моделирования всегда немного меньше значений из импульсного моделирования, но их отклонение меньше стандартной ошибки экспериментальных данных t _mito . Разница между результатами пульсирующей и непульсирующей модели для других переменных составляет менее 4,5% от их средних значений в непульсирующей настройке.

Дополнительная информация

Набор данных S1.

Исправленная библиотека Python SloppyCell. Этот дополнительный набор данных состоит из исправленной версии библиотеки SloppyCell Python версии 0.8.1, которая требуется для воспроизведения всех вычислений в этой рукописи. Пакет предоставляется в виде zip-файла. Подробные инструкции по установке можно найти в zip-файле.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.s001

(ZIP)

Текст S1.

Ансамблевые прогнозы с различными априорными стандартными отклонениями по умолчанию. Этот дополнительный текст сообщает о результатах нашей процедуры анализа, когда предполагаются меньшие или большие стандартные стандартные отклонения по умолчанию для параметров с неизвестной стандартной ошибкой.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002130.s003

(PDF)

Текст S2.

Анализ модели с дополнительным микрокомпартментом, который связывает CK с транслокатором адениновых нуклеотидов. В этом дополнительном тексте мы представляем результаты анализа вычислительной модели, которая реализует субстратный канал между Mi-CK и ANT в микрокомпартменте, интегрированные с данными о времени ответа митохондрий, используемыми в этом исследовании.

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pcbi.1002130.s004

(PDF)

Благодарности

Мы очень благодарны Райану Гутенкунсту за отличный совет по использованию среды моделирования SloppyCell и Бернду Брандту за научный совет и помощь с компьютерным кластером. Мы также благодарим Яапа Херинга за предложения и комментарии к рукописи.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: HH JHGMvB. Проведены эксперименты: HH. Проанализированы данные: HH JHGMvB.Написал статью: HH JHGMvB.

Ссылки

1. 1. Борода Д.А., Кушмерик М.Дж. (2009) Сильный вывод для системной биологии. PLoS Comput Biol. 5. e1000459 с. Доступно: http: //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi? Artid = 2724742 & tool = pmcentrez & rendertype = abstract.
2. 2. Бессман С.П., Гейгер П.Дж. (1981) Транспорт энергии в мышцах: фосфорилкреатиновый челнок. Наука. 211.: 448–452. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6450446.
3. 3. Мейер Р.А., Суини Х.Л., Кушмерик М.Дж. (1984) Простой анализ «фосфокреатинового челнока». Am J Physiol 246: C365 – C377.
4. 4. Greenhaff PL (2001) Креатин-фосфокреатиновая система: в ее репертуаре более одной песни. J Physiol. 537. 657 с. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=11744744.
5. 5. Beard DA (2006) Моделирование транспорта кислорода и клеточной энергетики объясняет наблюдения за метаболизмом сердечной энергии in vivo.PLoS Comput Biol. 2. e107 с. Доступно: http://dx.plos.org/10.1371/journal.pcbi.0020107.
6. 6. Vendelin M, Kongas O, Saks V (2000) Регулирование митохондриального дыхания в клетках сердца, проанализированное с помощью реакционно-диффузионной модели передачи энергии. Am J Physiol Cell Physiol. 278.: C747–764. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=10751324.
7. 7. Сакс В.А., Вентура-Клапир Р., Алиев М.К. (1996) Метаболический контроль и метаболическая емкость: два аспекта функционирования креатинкиназы в клетках.Biochim Biophys Acta 1274: 81–88.
8. 8. Harrison GJ, Wijhe MH van, Groot B de, Dijk FJ, Beek JH van (1999) Ингибирование СК ускоряет передачу сигналов трансцитозольной энергии во время быстрых шагов рабочей нагрузки в изолированных сердцах кроликов. Am J Physiol 276: h234 – h240.
9. 9. Харрисон Г.Дж., Ван Вейхе М.Х., Грут Б. де, Дейк Ф.Дж., Густафсон Л.А. и др. (2003) Гликолитическая буферизация влияет на сердечную биоэнергетическую сигнализацию и сократительный резерв подобно креатинкиназе. Am J Physiol Heart Circ Physiol.285. Есть в наличии. стр. H883 – H890. В наличии: 10.1152 / ajpheart.00725.2002.
10. 10. Gustafson LA, Van Beek JH (2002) Время активации окислительного фосфорилирования миокарда у мышей с нокаутом креатинкиназы и аденилаткиназы. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282.: h3259–2264. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=12003836.
11. 11. Алиев М.К., Сакс В.А. (1997) Компартментарный перенос энергии в кардиомиоцитах: использование математического моделирования для анализа регуляции дыхания in vivo.Biophys J. 73.: 428–445. В наличии: 10.1016 / S0006-3495 (97) 78082-2.
12. 12. Сакс В.А., Конгас О., Венделин М., Кей Л. (2000) Роль системы креатин / фосфокреатин в регуляции митохондриального дыхания. Acta Physiol Scand 168: 635–641.
13. 13. Венделин М., Эймре М., Сеппет Э., Пит Н., Андриенко Т. и др. (2004) Внутриклеточная диффузия аденозинфосфатов локально ограничена в сердечной мышце. Mol Cell Biochem. 256-257. : 229–241. Доступно: http: // www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=14977184.
14. 14. Бирд Д.А. (2005) Биофизическая модель митохондриальной респираторной системы и окислительного фосфорилирования. PLoS Comput Biol. 1. e36 p. Доступно: http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1201326&tool=pmcentrez&rendertype=abstract.
15. 15. Wu F, Zhang EY, Zhang J, Bache RJ, Beard DA (2008) Концентрации фосфатных метаболитов и потенциал гидролиза АТФ в нормальном и ишемическом сердце.J Physiol. 586.: 4193–4208. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=18617566.
16. 16. Wu F, Beard DA (2009) Роль системы креатинкиназы и миоглобина в поддержании энергетического состояния в работающем сердце. BMC Syst Biol. 3. 22 п. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=104.
17. 17. Kongas O, Beek JH van (2007) Креатинкиназа в передаче сигналов энергетического метаболизма в мышцах.Предшествующая природа. Доступно: http://precedings.nature.com/documents/1317/version/1.
18. 18. Beek JHGM van (2007) Адениннуклеотид-креатин-фосфатный модуль в метаболической системе миокарда объясняет быструю фазу динамической регуляции окислительного фосфорилирования. Am J Physiol Cell Physiol. 293.: C815 – C829. В наличии: 10.1152 / ajpcell.00355.2006.
19. 19. Beek JHGM van, Hauschild A-C, Hettling H, Binsl TW (2009) Надежное моделирование, измерение и анализ метаболических систем человека и животных.Philos Transact A Math Phys Eng Sci. 367.: 1971–1992. В наличии: 10.1098 / rsta.2008.0305.
20. 20. Браун К.С., Хилл С.К., Калеро Г.А., Майерс С.Р., Ли К.Х. и др. (2004) Статистическая механика сложных сигнальных сетей: передача сигналов фактора роста нервов. Phys Biol. 1.: 184–195. В наличии: 10.1088 / 1478-3967 / 1/3/006.
21. 21. Браун К.С., Сетна Дж. П. (2003) Статистические механические подходы к моделям со многими малоизвестными параметрами. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys 68: 21904.
22. 22. Gutenkunst RN, Waterfall JJ, Casey FP, Brown KS, Myers CR и др. (2007) Универсальная неаккуратная чувствительность параметров в моделях системной биологии. PLoS Comput Biol. 3.: 1871–1878. В наличии: 10.1371 / journal.pcbi.0030189.
23. 23. Stoner CD, Sirak HD (1979) Кинетика устойчивого состояния общей реакции окислительного фосфорилирования в митохондриях сердца. J Bioenerg Biomembr 11: 113–146.
24. 24. Heineman FW, Balaban RS (1990) Анализ ядерного магнитного резонанса Phosphorus-31 временных изменений метаболизма миокарда собак in vivo.J Clin Invest. 85.: 843–852. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=2312728.
25. 25. Jacobus W, Moreadith R, Vandegaer K (1982) Митохондриальный респираторный контроль. Доказательства против регуляции дыхания с помощью потенциалов внемитохондриального фосфорилирования или соотношений [АТФ] / [АДФ]. J Biol Chem. 257.: 2397–2402. Доступно: http://www.jbc.org/cgi/content/abstract/257/5/2397.
26. 26. Sepp M, Vendelin M, Vija H, Birkedal R (2010) Анализ компартмента ADP показывает связь между пируваткиназой и АТФазами в сердечной мышце.Biophys J. 98.: 2785–2793. Доступно: http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=2884246&tool=pmcentrez&rendertype=abstract.
27. 27. Vendelin M, Hoerter JA, Mateo P, Soboll S, Gillet B и др. (2010) Модуляция путей передачи энергии между митохондриями и миофибриллами путем изменения производительности перфузируемого сердца. J Biol Chem. 285.: 37240–37250. Доступно: http://www.jbc.org/cgi/content/abstract/285/48/37240.
28. 28. Jacobus WE, Saks VA (1982) Креатинкиназа митохондрий сердца: изменения ее кинетических свойств, вызванные взаимодействием с окислительным фосфорилированием.Arch Biochem Biophys 219: 167–178.
29. 29. Венделин М., Лемба М., Сакс В.А. (2004) Анализ функционального сцепления: митохондриальная креатинкиназа и транслоказа аденин-нуклеотидов. Biophys J. 87.: 696–713. Доступно: http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1304393&tool=pmcentrez&rendertype=abstract.
30. 30. Saupe KW, Spindler M, Tian R, Ingwall JS (1998) Нарушение сердечной энергетики у мышей, лишенных специфичных для мышц изоферментов креатинкиназы.Circ Res. 82.: 898–907. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/09.
31. 31. Erickson-Viitanen S, Viitanen P, Geiger PJ, Yang WC, Bessman SP (1982) Компартмент митохондриальной креатинфосфокиназы. I. Прямая демонстрация компартментации с использованием меченых прекурсоров. J Biol Chem. 257.: 14395–14404. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7142217.
32. 32. Жубер Ф., Матео П., Жилле Б., Белойл Дж. К., Мазет Дж. Л. и др. (2004) Поток СК или прямой перенос АТФ: универсальность путей передачи энергии, подтвержденная ЯМР в перфузируемом сердце.Mol Cell Biochem 256-257: 43-58.
33. 33. Joubert F, Mazet J-L, Mateo P, Hoerter JA (2002) ЯМР 31P обнаружение потоков субклеточной креатинкиназы в перфузируемом сердце крысы: сократимость изменяет пути передачи энергии. J Biol Chem. 277.: 18469–18476. В наличии: 10.1074 / jbc.M2007

    .

34. 34. Vendelin M, Birkedal R (2008) Анизотропная диффузия флуоресцентно меченого АТФ в кардиомиоцитах крысы, определенная с помощью корреляционной спектроскопии растровых изображений.Am J Physiol Cell Physiol. 295.: C1302–1315. Доступно: http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=2584976&tool=pmcentrez&rendertype=abstract.
35. 35. Векслер В.И., Кузнецов А.В., Анфлоус К., Матео П., Дерсен Джван и др. (1995) Мышцы с дефицитом креатинкиназы. II. Сердечные и скелетные мышцы демонстрируют тканеспецифичную адаптацию митохондриальной функции. J Biol Chem. 270. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7650007.
36. 36.Липская Т.Ю., Савченко М.С. (2003) Еще раз о функциональном сопряжении митохондриальной креатинкиназы и адениннуклеотидтранслоказы. Биохимия (Москва). 68.: 68–79. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/126.
37. 37. Chance B (1965) Энергетическая реакция кальция с митохондриями. J Biol Chem. 240.: 2729–2748. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14304892.
38. 38. Meyer LE, Machado LB, Santiago AP, da-Silva WS, De Felice FG и др.(2006) Активность митохондриальной креатинкиназы предотвращает образование активных форм кислорода: антиоксидантная роль митохондриальной киназы-зависимой активности рециклинга АДФ. J Biol Chem. 281.: 37361–37371. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=17028195.
39. 39. Коршунов С.С., Скулачев В.П., Старков А.А. (1997) Высокий протонный потенциал запускает механизм производства активных форм кислорода в митохондриях.FEBS Lett. 416.: 15–18. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23.
40. 40. Oliveira GA, Kowaltowski AJ (2004) Фосфат увеличивает высвобождение активных форм кислорода в митохондриях. Free Radic Res. 38.: 1113–1118. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15512800.
41. 41. Klivenyi P, Ferrante RJ, Matthews RT, Bogdanov MB, Klein AM, et al. (1999) Нейропротекторные эффекты креатина на трансгенной животной модели бокового амиотрофического склероза.Nat Med. 5.: 347–350. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10086395.
42. 42. Брюер Г.Дж., Валлиманн Т.В. (2000) Защитный эффект креатина-предшественника энергии против токсичности глутамата и бета-амилоида в нейронах гиппокампа крысы. J Neurochem. 74.: 1968–1678. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10800940.
43. 43. Херш С.М., Геворкян С., Мардер К., Московиц С., Фейгин А. и др. (2006) Креатин при болезни Хантингтона безопасен, переносится, биодоступен в головном мозге и снижает уровень сывороточного 8Oh3’dG.Неврология. 66.: 250–252. Доступно: http://www.neurology.org/cgi/content/abstract/66/2/250.
44. 44. Мэтьюз Р.Т., Ян Л., Дженкинс Б.Г., Ферранте Р.Дж., Розен Б.Р. и др. (1998) Нейропротекторные эффекты креатина и циклокреатина на животных моделях болезни Хантингтона. J Neurosci. 18.: 156–163. Доступно: http://www.jneurosci.org/cgi/content/abstract/18/1/156.
45. 45. Wallimann T, Tokarska-Schlattner M, Schlattner U (2011) Система креатинкиназы и плейотропные эффекты креатина.Аминокислоты. 40.: 1271–96. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21448658.
46. 46. Кейси Ф.П., Бэрд Д., Фенг К., Гутенкунст Р.Н., Водопад Дж. Дж. И др. (2007) Оптимальный экспериментальный план в модели передачи сигналов и подавления рецепторов эпидермального фактора роста. ИЭПП Сист Биол. 1.: 190–202. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=175.
47. 47. Ле Новер Н., Борнштейн Б., Бройхер А., Курто М., Донизелли М. и др.(2006) База данных BioModels: бесплатная централизованная база данных тщательно отобранных, опубликованных количественных кинетических моделей биохимических и клеточных систем. Nucleic Acids Res. 34.: D689–691. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=16381960.
48. 48. Ллойд С.М., Лоусон-младший, Хантер П.Дж., Нильсен П.Ф. (2008) Репозиторий моделей CellML. Биоинформатика. 24.: 2122–2123. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi? cmd = Получить & db = PubMed & dopt = Citation & list_uids = 18658182.
49. 49. Ли А.С., Зизи М., Коломбини М. (1994) Бета-НАДН снижает проницаемость внешней мембраны митохондрий для АДФ в 6 раз. J Biol Chem. 269.: 30974–30980. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=7983033.
50. 50. Бик Дж. Х. Ван, Вестерхоф Н. (1990) Время отклика митохондриального потребления кислорода после ступенчатых изменений потребности сердца в энергии.Adv Exp Med Biol 277: 415–423.
51. 51. Бик Дж. Х. ван, Тиан Х, Зурбьер С. Дж., Грут Б. де, Эхтельд С. Дж. Ван и др. (1998) Динамическое регулирование окислительного фосфорилирования миокарда: анализ времени реакции потребления кислорода. Mol Cell Biochem. 184: 321–344.
52. 52. Beek JH van, Westerhof N (1991) Время отклика потребления кислорода сердечными митохондриями на шаги частоты сердечных сокращений. Am J Physiol 260: H613 – H625.
53. 53. Beek J van, Hettling H, Binsl T (2008) Вычислительные методы для исследования и управления молекулярными сетями в клетках.В: Backendorf C, Noteborn MH, Tavassoli M, редакторы. Белки убивают опухолевые клетки. Указатель исследований. 317 с.
54. 54. Gutenkunst RN, Atlas JC, Casey FP, Kuczenski RS, Waterfall JJ, et al. (2007) SloppyCell. См. Http://sloppycell.sourceforge.net/.
55. 55. Schaber J, Liebermeister W, Klipp E (2009) Вложенные неопределенности в биохимических моделях. ИЭПП Сист Биол. 3.: 1–9. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=180.
56. 56. Либермейстер В., Клипп Э. (2005) Биохимические сети с неопределенными параметрами. Syst Biol (Стивенэйдж). 152.: 97–107. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=16986274.
57. 57. Funahashi A, Morohashi M, Kitano H, Tanimura N het (2003) CellDesigner: редактор диаграмм процессов для генно-регуляторных и биохимических сетей. Biosilico. 1.: 159–162. Доступен: 10.1016 / S1478-5382 (03) 02370-9.
58. 58. Teague WE Jr, Dobson GP (1992) Влияние температуры на равновесие креатинкиназы. J Biol Chem. 267.: 14084–14093. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=1629208.
59. 59. Сакс В. А., Черноусова Г. Б., Веттер Р., Смирнов В. Н., Чазов Е. И. (1976) Кинетические свойства и функциональная роль частиц ММ-изофермента креатинфосфокиназы, связанного с миофибриллами сердечной мышцы.FEBS Lett 62: 293–296.
60. 60. Groot B de (1999) Роль митохондрий и внутриклеточной передачи энергии в патогенезе сердечной недостаточности. Кандидатская диссертация, Университет VU Амстердам, Амстердам: Университет VU, Амстердам.

Характеристики и свойства креатина — Ботанический онлайн

В этом разделе вы найдете информацию о файлах cookie, которые могут быть созданы с помощью этого веб-сервиса. Botanical-online, как и большинство других веб-сайтов в Интернете, использует свои собственные и сторонние файлы cookie, чтобы улучшить пользовательский интерфейс и предложить доступный и адаптированный просмотр.Ниже вы найдете подробную информацию о файлах cookie, типах файлов cookie, используемых на этом веб-сайте, о том, как отключить их в вашем браузере и как заблокировать их во время просмотра, таким образом, соблюдение нормативных требований в отношении файлов cookie (Закон 34/2002 г. 11 июля об услугах информационного общества и электронной коммерции (LSSI), который переносит Директиву 2009/136 / CE, также называемую «Директивой о файлах cookie», в испанское законодательство).

Что такое файлы cookie?

Файлы cookie — это текстовые файлы, которые браузеры или устройства создают при посещении веб-сайтов в Интернете.Они используются для хранения информации о посещении и соответствуют следующим требованиям:

• Для обеспечения правильной работы веб-сайта.
• Для установления уровней защиты пользователей от кибератак.
• Для сохранения предпочтений просмотра.
• Чтобы узнать опыт просмотра пользователем
• Для сбора анонимной статистической информации для повышения качества.
• Предлагать персонализированный рекламный контент

Файлы cookie связаны только с анонимным пользователем.Компьютер или устройство не содержат ссылок, раскрывающих личные данные. В любое время можно получить доступ к настройкам браузера, чтобы изменить и / или заблокировать установку отправленных файлов cookie, не препятствуя доступу к контенту. Однако сообщается, что это может повлиять на качество работы служб.

Какую информацию хранит файл cookie?

Файлы cookie обычно не хранят конфиденциальную информацию о человеке, такую ​​как кредитные карты, банковские реквизиты, фотографии, личную информацию и т. Д.Данные, которые они хранят, носят технический характер.

Какие типы файлов cookie бывают?

Существует 2 типа файлов cookie в зависимости от их управления:

• Собственные файлы cookie: те, которые отправляются в браузер или устройство и управляются исключительно нами для наилучшего функционирования Веб-сайта.
• Сторонние файлы cookie: те, которые отправляются в браузер или на устройство и управляются третьими сторонами. Они созданы не в нашем домене. У нас нет доступа к сохраненным данным (например, путем нажатия кнопок социальных сетей или просмотра видео, размещенных на другом веб-сайте), которые устанавливаются другим доменом нашего веб-сайта.Мы не можем получить доступ к данным, хранящимся в файлах cookie других веб-сайтов, когда вы просматриваете вышеупомянутые веб-сайты.

Какие файлы cookie используются на этом веб-сайте?

При просмотре Botanical-online будут созданы собственные и сторонние файлы cookie. Они используются для хранения и управления информацией о конфигурации навигации, веб-аналитики и персонализации рекламы. Сохраненные данные являются техническими и ни в коем случае не личными данными для идентификации навигатора.

Ниже приведена таблица с указанием наиболее важных файлов cookie, используемых на этом веб-сайте, и их назначения:

Собственные файлы cookie

Сторонние файлы cookie

Как изменить настройки файлов cookie?

Вы можете ограничить, заблокировать или удалить файлы cookie Botanical-online или любой другой веб-сайт, используя свой интернет-браузер. У каждого браузера своя конфигурация. Вы можете увидеть, как действовать дальше, в разделе «Помощь». Затем мы показываем список для работы с основными текущими браузерами:

Как изменить настройки файлов cookie на этом сайте?

Напоминаем, что вы можете в любое время просмотреть предпочтения относительно принятия или отказа от файлов cookie на этом сайте, щелкнув «Дополнительная информация» в сообщении о принятии или щелкнув «Политика использования файлов cookie», постоянно присутствующая на всех страницах. сайта.

Журнал спортивной науки и медицины

Новый катодный межфазный слой с использованием креатина для улучшения фотоэлектрических свойств перовскитных солнечных элементов

С беспрецедентным развитием перовскитных солнечных элементов (PSC) были исследованы различные прослойки.Промежуточные слои играют разнообразную роль в перемещении уровней энергии, привлечении и извлечении зарядов и пассивировании поверхностных ловушек. Это может улучшить стабильность PSC, а также их эффективность преобразования энергии (PCE). В этом исследовании мелкомолекулярный самоорганизующийся монослой (2- [карбамимидоил (метил) амино] уксусная кислота) вводится на слой SnO ₂ . Уксусная кислота, известная как креатин, естественным образом присутствует в организме человека. Его можно есть, и спортсмены принимают его в дозах для получения энергии.Благодаря своим структурным свойствам креатин может быть закреплен на слое SnO ₂ , таким образом, он может усилить извлечение заряда из слоя перовскита за счет образования межфазных диполей и снижения работы выхода. Также он может пассивировать дефекты в слое перовскита. Эти свойства всесторонне исследованы с помощью различных экспериментальных методик. С слоем креатина в качестве катодного межфазного слоя на слое SnO ₂ PSC, использующий перовскит на основе тройного катиона, достигает наивысшего PCE 20.8% и сохранили 90% через 50 дней. Кроме того, 22,1% ПХЭ получают из перовскита на основе формамидиния. Этот отчет представляет интересное применение креатина в качестве промежуточного слоя в PSCs и предлагает возможное применение других незаменимых аминокислот.

У вас есть доступ к этой статье

 InChI = 1S / C4H9N3O2 / c1-7 (4 (5) 6) 2-3 (8) 9 / h3h3,1h4, (h4,5,6) (H, 8,9)