Исследователи начали с определения фермента в скелетных мышцах, который помогает увеличить объем умеренной или интенсивной работы, которую может выдержать человек. Мышечные клетки получают свою силу от количества митохондрий выше среднего, так называемых клеточных электростанций. В химических реакциях, происходящих в этих органеллах, используются метаболиты, полученные из питательных веществ, для производства богатых энергией молекул, называемых АТФ и фосфокреатин, которые другие части клетки используют для функционирования.
Фермент, который генерирует некоторые из этих митохондриальных метаболитов, называемый карнитинацетилтрансферазой (CrAT), известен уже много лет, но как он способствует тренировкам, неизвестно.
«Чтобы восполнить этот пробел, мы сконструировали мышей, у которых отсутствует ген, кодирующий CrAT, особенно в скелетных мышцах, и оценили их способность выполнять упражнения», – говорит старший автор исследования Дебора Муойо, метаболический физиолог из Института молекулярной физиологии Дюка. «Мышей с дефицитом CrAT сравнивали с контрольной группой генетически идентичных мышей, за исключением гена CrAT, который присутствовал и обычно активен в контроле. Мы обнаружили, что мыши, у которых отсутствовал CrAT, раньше утомлялись во время различных тестов на толерантность к физической нагрузке, потому что их мышцам было труднее удовлетворять энергетические потребности деятельности."
Затем исследователи изучили взаимосвязь между уровнями CrAT и способностью мышц человека вырабатывать энергию. Для этого Муойо и ее лаборатория, в том числе соавторы Сара Сейлер и Тимоти Ковес, сотрудничали с командой из Маастрихтского университета в Нидерландах, которая недавно разработала неинвазивный метод измерения активности CrAT в мышцах человека. Используя этот метод, они заметили, что активность CrAT увеличивается при тренировках, но снижается в связи со старением и возрастными метаболическими заболеваниями, такими как диабет 2 типа.
Эти объединенные результаты заставили Муойо задаться вопросом, можно ли терапевтически манипулировать метаболитом CrAT, чтобы оказать положительное влияние на физическую активность, например, позволяя человеку тренироваться дольше. Одним из потенциальных кандидатов на повышение активности метаболитов CrAT является микронутриент, который он использует, под названием карнитин.
«Хотя наш организм вырабатывает карнитин, его количество снижается с возрастом и при определенных болезненных состояниях, а это означает, что добавки могут быть полезны в некоторых случаях», – говорит Муойо. «В дальнейших исследованиях на животных мы обнаружили, что добавление карнитина улучшает переносимость упражнений, но только в контрольной группе с нормальной активностью CrAT в мышцах.
Результаты убедительно свидетельствуют о том, что карнитин и фермент CrAT работают вместе, чтобы оптимизировать метаболизм энергии в мышцах во время упражнений."
Удивительно, но добавление карнитина увеличивало выносливость при физической нагрузке у здоровых молодых взрослых мышей.
Неизвестно, может ли карнитин иметь такие же преимущества для людей, и биология, лежащая в основе того, как активность CrAT улучшает использование мышечной энергии, все еще развивается. Муойо считает, что CrAT помогает мышцам функционировать, регулируя выработку митохондрий, когда мышцы переходят с более низкой скорости работы на более высокую и наоборот. Ее лаборатория находится в процессе проведения дополнительных исследований на животных, поскольку эта работа обещает привести к клиническим испытаниям на людях.
«Нашим приоритетом в ближайшем будущем является определение того, увеличивает ли добавка карнитина преимущества тренировок у пожилых людей, подверженных риску метаболических заболеваний», – говорит она. Однако Муойо предупреждает: «Работа не означает, что все должны принимать добавки карнитина. Нам нужно выйти за рамки универсального подхода к оптимальному питанию и вместо этого работать над более персонализированными рецептами, которые учитывают лежащую в основе генетику и приобретенные условия."