Stabilność i biodostępność równoważnych ilości kreatyny pochodzących z monohydratu kreatyny i produktu Creatine Xplode Powder.

Data badania: listopad 2018

P. Kaczka, R. Jastrząb, A. Łyskowski

 

Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Olimp Laboratories Sp. z o.o.
Pustynia 84F, 39-200 Dębica,

 

WSTĘP

 

   I.             Stabilność i biodostępność kreatyny w przewodzie pokarmowym

 

Najbardziej popularną formą działającej anabolicznie w obrębie tkanki mięśniowej kreatyny dostępną na rynku pozostaje wciąż jej monohydrat. Wiele badań weryfikowało farmakokinetykę jak i stabilność tego związku w różnym środowisku (MacNeil et al., 2005)(McCall & Persky, 2007)(Ganguly, Jayappa, & Dash, 2003). Zgodnie z aktualnym stanem wiedzy, środowisko żołądka (niskie pH, obecność enzymów trawiennych), jak i środowisko trawienne dwunastnicy, są w stanie degradować nawet do kilkunastu procent spożywanej kreatyny (Purchas, Busboom, & Wilkinson, 2006), obniżając jej finalną biodostępność, jak i oczekiwany efekt fizjologiczny. Jednym z metabolitów kreatyny powstającym podczas degradacji jest jej cykliczna forma – kreatynina, która nie jest aktywna biologicznie.

 

Obniżenie faktycznej biodostępności kreatyny pochodzącej z różnych jej form chemicznych, w przewodzie pokarmowym człowieka, wynikające z jej konwersji m.in. do kreatyniny może skutkować, nie bezpodstawnym przekonaniem, że należy zwiększać ilość przyjmowanego produktu, aby zapewnić sobie faktyczną, skuteczną jego podaż. Różna, w zależności od stosowanej formy, niestabilność kreatyny w warunkach przewodu pokarmowego może jednocześnie prowadzić do braku zauważalnych efektów suplementacji kreatyny, dla pewnych jej form chemicznych, przy zalecanej dziennej podaży. Stało się to bezpośrednią przyczyną do poszukiwań bardziej stabilnych, a tym samym skuteczniej działających form kreatyny. Aktualnie na rynku dostępne są m.in. jabłczan, cytrynian, ester etylowy, chelat kreatynowy magnezu, alfaketoglutaran, pirogronian,  czy kreatyna buforowana charakteryzujące się odmiennymi od monohydratu właściwościami fizyko-chemicznymi, jak i samą farmakokinetyką, (Gufford et al., 2013), (Jäger, Harris, Purpura, & Francaux, 2007). Spodziewanym, ostatecznym efektem istniejących różnic pomiędzy różnymi formami chemicznymi kreatyny ma być poprawa biodostępności i efektywności suplementacji kreatyny w przypadku jej bardziej złożonych chemicznie, w odniesieniu do  samego monohydratu, form. Literatura przedmiotu tego zagadnienia jest jednak ciągle uboga i niewystarczająca, a samo zagadnienie przewag jednej formy kreatyny nad drugą jest nadal tematem dyskusji, zarówno środowisk sportowych, jak i naukowych. Stało się to punktem wyjścia do przeprowadzenia niniejszych badań, opisujących biodostępność i stabilność popularnego monohydratu kreatyny i produktu w skład którego wchodzi 6 innych form chemicznych kreatyny – Creatine Xplode Powder.

  

  II.            Sztuczny przewód pokarmowy SHIME® zaawansowane narządzie badawcze

  

Analiza procesów trawienia i wchłaniania składników żywności oraz suplementów diety w warunkach in-vitro z technicznego punktu widzenia możliwa jest do przeprowadzenia w warunkach statycznych i dynamicznych. W pierwszym przypadku analizie poddać można jedynie procesy zachodzące na konkretnym, wybranym, odcinku przewodu pokarmowego bez możliwości uwzględnienia dynamicznie zmieniających się warunków środowiska światła przewodu pokarmowego, co niewątpliwie świadczy o wadach takiego rozwiązania analitycznego.

 

SHIME® (ang. Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem) jest zaawansowanym technicznie urządzeniem pozwalającym na dynamiczną symulację procesów zachodzących w przewodzie pokarmowym. Pozwala na eksperymentalną obserwację zmian fizykochemicznych, enzymatycznych a także mikrobiologicznych w przewodzie pokarmowym w warunkach symulacji in-vitro w ściśle kontrolowanym środowisku.  Wyjątkowa konstrukcja pozwala na uzyskanie danych umożliwiających doskonalenie badanych produktów już na etapie ich projektowania, przed wdrożeniem do produkcji, poprzez uwzględnienie procesów jakim będą one podlegać w warunkach reprezentatywnych dla fizjologii jelita.  

 

System SHIME® zbudowany jest w oparciu o układ powiązanych ze sobą reaktorów odpowiadających poszczególnym odcinkom przewodu pokarmowego. Dynamiczny charakter układu pozwala w wiarygodny sposób śledzić losy wybranych związków chemicznych, np. metabolitów, w przewodzie pokarmowym. Techniczny schemat systemu został opracowany w oparciu o badania naukowe. W najbardziej zaawansowanej formie SHIME® to układ pięciu reaktorów symulujących poszczególne etapy procesu trawienia i wchłaniania. Reaktor pierwszy, żołądek (ang. stomach , ST), oraz drugi, jelito cienkie (ang. small  intestine, SI) odpowiadają za stymulację etapu przyjmowania i wstępnego enzymatycznego trawienia pokarmu. Podobnie jak następujące po nich reaktory symulujące pracę jelita grubego (ang. colon) połączone są one za pomocą sterowanego komputerowo układu pomp perystaltycznych precyzyjnie przenoszących treść pokarmową według zaprogramowanego schematu. Warunki panujące w poszczególnych reaktorach podlegają restrykcyjnej kontroli i zostały opracowane w oparciu o dane zebrane w publikacjach naukowych.

 

Wyniki uzyskane w trakcie eksperymentu z wykorzystaniem SHIME® są odtwarzalne in-vivo. Potwierdzają to badania naukowe prowadzone z wykorzystaniem systemu nieprzerwanie przez ponad 25 lat oraz liczne publikacje naukowe w renomowanych czasopismach (Molly et. al. 1994; Possemiers, et. al. 2004; Van de Wiele T., 2015).

  

CEL BADANIA:

 

Analiza stabilności i biodostępności równoważnych ilości kreatyny pochodzących z jej monohydratu i złożonego produktu kreatynowego - Creatine Xplode Powder (Olimp Laboratories
Sp. z o.o.).

 

MATERIAŁY I METODY

 

Zastosowany model analizy biodostępności kreatyny bazuje na zwalidowanych i powszechnie uznanych za miarodajne protokołach, odwzorowujących naturalne procesy trawienia składników odżywczych w warunkach in vitro (INFOGest®, ProDigest®). Protokół został poszerzony o szczegółowe dane dotyczące motoryki przewodu pokarmowego i czasu przebywania treści pokarmowej w jego określonych odcinkach. Uzyskano w ten sposób niezwykle wiarygodne odwzorowanie pasażu badanych produktów przez nasz przewód pokarmowy człowieka.

 

W badaniu wykorzystano porcję 3 g kreatyny, odnoszącej się do jej czystej postaci, uzyskanej przez podaż odpowiednio większej porcji badanych produktów – 5,8 g dla Creatine Xplode Powder (Olimp Laboratories Sp. z o.o.) oraz 3,4 g monohydratu kreatyny (Creatine monohydrate ≥98%, Sigma-Aldrich).

 

W badaniu wykorzystano medium żołądkowe przygotowane z komercyjnie dostępnych pożywek, roztwór pepsyny (2%) zawieszonej w 5.0 mM HCl (do chwili wykorzystania w eksperymencie przechowywany w temperaturze -20 °C), a także roztwór soków trzustkowych wraz z pankreatyną.

 

Kontrola pH w rektorach symulujących poszczególne odcinki układu pokarmowego prowadzona była w sposób automatyczny z wykorzystaniem 0.5 M HCl i 0.5 M NaOH.

 

Próbki do analizy (5 mL) pobierane były co 20 min ze wszystkich reaktorów (żołądek (ST), dwunastnica (DU), jelito cienkie (SI)) zawierających na danym etapie eksperymentu treść pokarmową. Zgromadzone próbki przechowywane były w temperaturze -20 °C do momentu oznaczenia poziomu wybranych związków chemicznych.

 

Ilość kreatyny I kreatyniny w badanych próbkach określano z wykorzystaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC).

 

Warunki badania i analiz były takie same dla monohydratu kreatyny i Creatine Xplode Powder.

 

Zastosowany model badawczy nie uwzględnia wchłaniania kreatyny, a tylko jej fizyko-chemiczną dynamikę w środowisku przewodu pokarmowego człowieka.

 

 

WYNIKI:

 

Pisząc “żołądek”, “dwunastnica”, “jelito cienkie” zawsze mamy na myśli bioreaktor sztucznego przewodu pokarmowego SJIME^® wiernie odzwierciedlający fizjologiczne warunki wspomnianych części przewodu pokarmowego człowieka.

  

Kreatyna pochodząca z produktu Creatine Xplode Powder osiąga w żołądku (przez 4 h)  i jelicie cienkim (przez 2 h 20 min) wyższe stężenia i charakteryzuje się większą stabilnością chemiczną (niższa konwersja do kreatyniny) w porównaniu do równoważnych ilości kreatyny pochodzących z monohydratu kreatyny.

 

 

 

ŻOŁĄDEK

 

 

1)      W całym okresie 240 min przebywania Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny w żołądku obserwuje się następujące wartości stosunku kreatyny (działa anabolicznie w obrębie tkanki mięśniowej) do nieaktywnej kreatyniny, dla produktów badanych:

  

  

W przypadku Creatine Xplode Powder wartość ta jest większa w każdym punkcie czasowym analizy próbek i mieści się w przedziale od 58,3% do 13,7% w porównaniu do monohydratu kreatyny (jak przedstawiono w tabeli poniżej).

  

  

2)      W całym okresie 240 min przebywania  Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny w żołądku obserwuje się następujące wartości nieaktywnej kreatyniny powstałej z konwersji zawartych w nich kreatyny, dla produktów badanych:

  

  

W przypadku monohydratu kreatyny wartość ta jest większa w każdym punkcie czasowym analizy próbek i mieści się w przedziale od 47% do 6% w porównaniu do Creatine Xplode Powder (jak przedstawiono na rysunku poniżej).

  

   

PASAŻ Z ŻOŁĄDKA DO JELITA CIENKIEGO (DWUNASTNICA)

 

1)      W punkcie czasowym (140 min; dwunastnica) pasażu Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny z żołądka do jelita obserwuje się o 17% więcej kreatyny dla Creatine Xplode Powder w porównaniu do tej z monohydratu kreatyny.

 

 

Uwzględniając powyższe, oznaczona wartość stosunku kreatyny (działa anabolicznie w obrębie tkance mięśniowej) do nieaktywnej kreatyniny dla produktów badanych wynosi:

 

 

Wartość ta jest o 2,5 razy wyższa dla Creatine Xplode Powder w porównaniu z monohydratem kreatyny.

  

Analizując ilości nieaktywnej kreatyniny powstałej w trakcie pasażu z żołądka do jelita cienkiego, oznaczono jej następujące ilości:

  

 

Ilość kreatyniny oznaczona dla monohydratu kreatyny jest 2,1 wyższa niż dla Creatine Xplode Powder.

  

JELITO CIENKIE

  

Kreatyna pochodząca z produktu Creatine Xplode Powder osiąga w jelicie cienkim (przez 2 h 20 min) wyższe stężenia i charakteryzuje się większą stabilnością chemiczną (niższa konwersja do kreatyniny) w porównaniu do równoważnych ilości kreatyny pochodzących z monohydratu kreatyny. Ponadto w przypadku kreatyny pochodzącej z monohydratu obserwuje się bardzo szybki spadek stężenia kreatyny po 100 min przebywania w środowisku jelita cienkiego. Ten efekt nie jest obserwowany w przypadku Creatine Xplode Powder. 

 

 

  

1)      W całym okresie 140 min przebywania Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny w jelicie cienkim obserwuje się następujące wartości stosunku kreatyny (działa anabolicznie w obrębie tkanki mięśniowej) do nieaktywnej kreatyniny, dla produktów badanych:

 

  

W przypadku Creatine Xplode Powder wartość ta jest większa w każdym punkcie czasowym analizy próbek i mieści się w przedziale od 16,3% do 9,2% w porównaniu do monohydratu kreatyny, jak przedstawiono na rysunku poniżej.

  

 

2)      W całym okresie 140 min przebywania  Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny w jelicie cienkim obserwuje się następujące wartości nieaktywnej kreatyniny powstałej z konwersji zawartej w nich kreatyny, dla produktów badanych:

  

  

W przypadku monohydratu kreatyny wartość ta jest większa w każdym punkcie czasowym analizy próbek i mieści się w przedziale od 14% do 3% w porównaniu do Creatine Xplode Powder (jak przedstawiono na rysunku poniżej).

  

  

WNIOSKI:

 

         I.            ŻOŁĄDEK

 

Kreatyna pochodząca z produktu Creatine Xplode Powder osiąga w żołądku (przez 4 h) wyższe stężenia i charakteryzuje się większą stabilnością chemiczną (niższa konwersja do kreatyniny) w porównaniu do równoważnych ilości kreatyny pochodzących z monohydratu kreatyny.

a)      w całym okresie 240 min przebywania Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny w żołądku, w każdym punkcie czasowym, obserwuje się  wyraźną przewagę, w przedziale od 58,3% do 13,7%, wartości stosunku kreatyny (działa anabolicznie w obrębie tkanki mięśniowej) do nieaktywnej kreatyniny dla Creatine Xplode Powder w porównaniu do monohydratu kreatyny

 

b)     W całym okresie 240 min przebywania  Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny w żołądku obserwuje się, w każdym punkcie czasowym, wyraźną przewagę wartości poziomu nieaktywnej kreatyniny, której jest mniej w przedziale od 47% do 6% dla Creatine Xplode Powder w porównaniu z monohydratem kreatyny

 

       II.            PASAŻ Z ŻOŁĄDKA DO JELITA CIENKIEGO (DWUNASTNICA)

 

Kreatyna pochodząca z produktu Creatine Xplode Powder osiąga w dwunastnicy wyższe stężenia i charakteryzuje się większą stabilnością chemiczną (niższa konwersja do kreatyniny) w porównaniu do równoważnych ilości kreatyny pochodzących z monohydratu kreatyny. W szczególności dla Creatine Xplode Powder, w porównaniu z monohydratem kreatyny, obserwuje się o:

 

a)       17% wyższe stężenie kreatyny,

b)      2,5-krotnie większy stosunek kreatyny do nieaktywnej kreatyniny,

c)       ponad 2-krotnie mniej nieaktywnej biologicznie kreatyniny

 

     III.            JELITO CIENKIE

 

Kreatyna pochodząca z produktu Creatine Xplode Powder osiąga w jelicie cienkim (przez 2 h 20 min), w każdym punkcie czasowym, wyższe stężenia i charakteryzuje się większą stabilnością chemiczną (niższa konwersja do kreatyniny) w porównaniu do równoważnych ilości kreatyny pochodzących z monohydratu kreatyny. Ponadto w przypadku kreatyny pochodzącej z monohydratu obserwuje się bardzo szybki spadek stężenia kreatyny po 100 min przebywania w środowisku jelita cienkiego. Ten efekt nie jest obserwowany w przypadku Creatine Xplode Powder

 

a)       w całym okresie 140 min przebywania Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny w jelicie cienkim, w każdym punkcie czasowym, obserwuje się  wyraźną przewagę, w przedziale od 16,3% do 9,2%, wartości stosunku kreatyny (działa anabolicznie w obrębie tkanki mięśniowej) do nieaktywnej kreatyniny dla Creatine Xplode Powder w porównaniu do monohydratu kreatyny

 

b)      W całym okresie 140 min przebywania  Creatine Xplode Powder i monohydratu kreatyny w żołądku obserwuje się, w każdym punkcie czasowym, wyraźną przewagę wartości poziomu nieaktywnej kreatyniny, której jest mniej w przedziale od 14% do 3% dla Creatine Xplode Powder w porównaniu z monohydratem kreatyny

  

LITERATURA:

Ganguly, S., Jayappa, S., & Dash, A. K. (2003). Evaluation of the stability of creatine in solution prepared from effervescent creatine formulations. AAPS PharmSciTech, 4(2), E25. https://doi.org/10.1208/pt040225

Gufford, B. T., Ezell, E. L., Robinson, D. H., Miller, D. W., Miller, N. J., Gu, X., & Vennerstrom, J. L. (2013). PH-dependent stability of creatine ethyl ester: Relevance to oral absorption. Journal of Dietary Supplements. https://doi.org/10.3109/19390211.2013.822453

Jäger, R., Harris, R. C., Purpura, M., & Francaux, M. (2007). Comparison of new forms of creatine in raising plasma creatine levels. https://doi.org/10.1186/1550-2783-4

MACNEIL, L., HILL, L., MACDONALD, D., KEEFE, L., CORMIER, J., BURKE, D., & SMITHPALMER, T. (2005). Analysis of creatine, creatinine, creatine-d3 and creatinine-d3 in urine, plasma, and red blood cells by HPLC and GC–MS to follow the fate of ingested creatine-d3. Journal of Chromatography B, 827(2), 210–215. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2005.09.011

McCall, W., & Persky, A. M. (2007). Pharmacokinetics of creatine. Sub-Cellular Biochemistry, 46, 261–273. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18652081

Purchas, R. W., Busboom, J. R., & Wilkinson, B. H. P. (2006). Changes in the forms of iron and in concentrations of taurine, carnosine, coenzyme Q10, and creatine in beef longissimus muscle with cooking and simulated stomach and duodenal digestion. Meat Science, 74(3), 443–449. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2006.03.015

Molly, K., Vande Woestyne, M., De Smet, I. & Verstraete, W. (1994) Validation of the Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME) Reactor Using Microorganism-associated Activities, Microbial Ecology in Health and Disease, 7:4, 191-200, DOI: 10.3109/08910609409141354

Possemiers, S., Verthé, K., Uyttendaele, S., Verstraete, W., (2004). PCR-DGGE-based quantification of stability of the microbial community in a simulator of the human intestinal microbial ecosystem, FEMS Microbiology Ecology. 49 (3), 495-507,  https://doi.org/10.1016/j.femsec.2004.05.002

Van de Wiele T., Van den Abbeele P., Ossieur W., Possemiers S., Marzorati M. (2015) The Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME®). In: Verhoeckx K. et al. (eds) The Impact of Food Bioactives on Health. Springer, Cham. , https://doi.org/10.1007/978-3-319-16104-4_27