Dokonano identyfikacji mRNA odpowiedzialnego za syntezę transportera kreatyny w układzie pokarmowym [Nash i wsp. 1994]. Wykazano, że białkowy transporter kreatyny umieszczony jest w błonie śluzowej jelita, co sugeruje prawdopodobieństwo wystąpienia aktywnego transportu. Należy zaznaczyć, że strukturalnie kreatyna jest podobna do podstawowych aminokwasów (np.: argininy i lizyny) i może być transportowana do krwiobiegu przez transporter dla aminokwasów lub peptydowy transporter umieszczony na początku jelita cienkiego.
Biodostępność kreatyny
Kreatyna jest hydrofilną i polarną cząsteczką zawierającą grupę karboksylową i guanidynową o ładunku ujemnym i dodatnim. Ładunek tych grup funkcjonalnych może ułatwiać dyfuzję kreatyny przez błonę [Dash i wsp. 2001]. Całkowita biodostępność kreatyny jest nieznana na dzień dzisiejszy, ale można przypuszczać, że jest mniejsza niż 100%. Jednakże w procesach transportu błonowego kreatyna nie jest priorytetowym związkiem. Zatem jej biodostępność będzie uzależniona od innych – strategicznych metabolitów [Borsook i Dubnoff 1947, Edgar i Shiver 1925]. Również na biodostępność kreatyny wpływa tempo konwersji do kreatyniny, które wzrasta w środowisku kwaśnym, jaki panuje w żołądku. Jednakże maksymalne tempo tej konwersji występuje przy pH 1,4 wynosi od 3 do 4 dni [Cannan i Shore 1928].
Odpowiednio wraz ze wzrostem pH wydłuża się czas konwersji kreatyny w kreatyninę i dla pH 6,8 i 7,5 wynosi około 40-50 dni. Należy dodać, że wysokie tempo konwersji jest utrzymywane w górnym odcinku jelita cienkiego aż do momentu alkalizacji treści pokarmowej. W tym tempie mniej niż 0,1g z 5g dawki kreatyny może być przekształcone do kreatyniny w ciągu jednej godziny. Ponadto kreatyna jest absorbowana w jelicie cienkim przez aktywne mechanizmy. Systemy te mogą ulec nasyceniu i spowodować nieliniową absorpcję z uwzględnieniem przyjmowanej dawki kreatyny. Również na liniowe zwiększanie dawki kreatyny wpływa jej zwiększone wydalanie z kałem [Wixom i wsp. 1979]. W końcu stwierdzono doświadczalnie, że mikroflora jelitowa ma zdolność metabolizowania kreatyny do kreatyniny [Twort i Mellanby 1912].
Powyższe informacje dotyczące absorpcji kreatyny świadczą o nieliniowej kinetyce transportu kreatyny do krwi. Teoretycznie transportery kreatynowe mają ograniczoną zdolność transportu kreatyny do enterocytu i w stanie nadmiernego spożycia kreatyny dochodzi do zablokowania ich funkcji transportowych, co wiąże się ze spadkiem absorpcji, a wzrostem konwersji do kreatyniny i jednocześnie zwiększeniem obciążeń nerek [Steenge i wsp. 2000, Schedel i wsp. 1999, Green i wsp. 1996]. Po spożyciu kreatyny wzrasta jej poziom w różnych komórkach np.: komórkach krwi, mózgu, włóknach mięśnia sercowego, a przede wszystkim we włóknach mięśni szkieletowych [Wyss i Kaddurah-Daouk 2000].
Polarna natura cząsteczki kreatyny sugeruje, że jeżeli dystrybucja jej oparta jest na dyfuzji roztworu, to cząsteczka kreatyny pozostaje związana z płynem zewnątrzkomórkowym, a białko wiążące kreatynę tylko w niewielkim stopniu może zmniejszyć jej hydrofilność, przez co większa jej ilość jest dostępna, jako substrat dla transporterów błonowych kreatyny. Obecność błonowych transporterów kreatyny sugeruje większą dostępność kreatyny dla procesów komórkowych w porównaniu z dostępnością wynikającą z dyfuzji z przestrzeni zewnątrzkomórkowej [Snow i Murphy 2001]. Badania wykazały, że mięśnie szkieletowe, które są głównym rezerwuarem kreatyny mają ograniczone zdolności jej magazynowania. Regularna suplementacja kreatyną powoduje wysycenie magazynów mięśniowych, a przez to zmniejsza się jej absorpcja przez komórkę, a nasila się konwersja do kreatyniny. Zdolności magazynowania kreatyny przez mięśnie mogą również ulec obniżeniu w związku ze zmniejszeniem liczby transporterów oraz zaburzeniem ich funkcji [Harris i wsp. 1992].
Transportery kreatyny
Kreatyna jest transportowania do komórek wbrew gradientowi stężeń przez transportery zależne od sodu i chloru. Ich struktura jest podobna do tauryny, GABA i dopaminy [Snow i Murphy 2001]. Obecnie wyróżnia się dwa rodzaje transporterów, które wychwytują kreatynę z płynącej krwi.
- Pierwszy kodowany przez gen Crea T1, został wykryty np. w: nerkach, sercu, mięśniach szkieletowych, mózgu, jądrach, jelicie grubym i cienkim [Nash i wsp. 1994, Guimbal i Kilimann 1993].
- Drugi transporter, kodowany jest przez gen Crea T2. Jego ekspresja w 97% jest identyczna do Crea T1, ale jego liczba jest ograniczona w jądrach [Iyer i wsp. 1996].
Izolowano dwie izoformy transportera kreatyny 70 i 55 kDa u ludzi i innych gatunków ssaków. Te dwie izoformy różnią się ilością grup glikozydowych i mogą być odpowiedzialne za różne funkcje komórkowe umożliwiające identyfikacje białkowych transporterów kreatyny w osoczu, błonie komórkowej, mikrosomach i mitochondriach. [Snow i Murphy 2001, Neubauer i wsp. 1999]. U człowieka gen kodujący transporter Crea T1 zlokalizowany jest na chromosomie Xq28 i zawiera 13 eksonów i obejmuje około 8,5kb genomu DNA [Nash i wsp 1994, Sandoval, 1996]. Transporter CreaT1 posiada dwanaście domen transbłonowych, a także dwie potencjalne N-glikozylowe części cząsteczki [Zarzano, 2000]. Dotychczas jednak nie przebadano specyficznej zależności między strukturą a funkcją transportera Crea T1.
Niskie stężenie transportera Crea T1 pociąga za sobą zmniejszenie stężenia kreatyny w mięśniach, tak jak w przypadku miopatii [Tarnopolsky, 2001]. Kreatyna jest specyficznym substratem dla transportera kreatyny podobnie jak analog kreatyny kwas beta-guanidyno-propionowy [Nash i wsp. 1994, Sora i wsp. 1994]. Kwas ten pomimo podobieństwa strukturalnego w budowie cząsteczki nie wywołuje tej samej reakcji fizjologicznej w komórce, co kreatyna. Oba te substraty wzajemnie rywalizują ze sobą w procesie przyłączenia do transportera, co sprawia, że zwiększenie stężenia kreatyny zwiększy stopień wysycenia transportera, a tym dowóz kreatyny do komórki i analogicznie zmniejszenie stężania kreatyny sprawia, że transporter wysyca się kwasem beta-guanidyno-propinowym sprawiając, że funkcje komórkowe indukowane kreatyną ulegają spowolnieniu [Dai i wsp. 1999, Saltarelli i wsp. 1996, Dodd i wsp. 1999]. Fakt ten jest istotny w procesie planowania suplementacji kreatyną, a przede wszystkim w odpowiednio zaplanowanym jej odstawieniu, które niejednokrotnie wiąże się również z procesem treningowym. Na chwilę obecną nie odkryto innych związków rywalizujących z kreatyną o przyłączenie się do transportera. Kinetyka transportera Crea T1 zależy od jego rozmieszczenia na błonie komórkowej (erytrocyty, makrofagi, włókna mięśniowe różne typy). Poziom kreatyny w organizmie człowieka i zwierząt jest różny. U człowieka stężenie kreatyny we krwi wynosi 7-13 mg/l. [Snow i Murphy 2001]. Regulacja transportera kreatyny nie jest w pełni zbadana. Natomiast aktywny transport ma wpływ na jej zawartość w obecności różnych hormonów i podczas wysiłku fizycznego. Białko Crea T1 ma kilka miejsc dla glikozylacji i fosforylacji, które to mogą regulować aktywny transport kreatyny [Harris i wsp. 1974].
Co wpływa na transport kreatyny do włókien mięśniowych?
Na zawartość kreatyny w mięśniu ma wpływ także aktywny transport. Przy niższym poziomie kreatyny na początku okresu suplementacyjnego, obserwuje się silny jej wzrost w mięśniach, w porównaniu ze wzrostem notowanym w sytuacji początkowego, indywidualnie wysokiego poziomu kreatyny (na początku suplementacji). Różnice te w pobieraniu kreatyny są funkcją gęstości transporterów kreatyny na błonie komórkowej lub funkcją biochemicznej modyfikacji tych transporterów, jak na przykład proces fosforylacji [Harris i wsp. 1992]
Okazuje się, że w organizmie występuje szereg związków endogennych wpływających na transport kreatyny przede wszystkim do włókien mięśniowych i innych komórek. Wpływ ten polega na modyfikacji osi kreatyna – transporter – komórka. Badania kultur komórkowych wykazały, że transport kreatyny do włókien modyfikowany jest przez:
- katecholaminy,
- hormony tarczycy,
- insulinopodobny czynnik wzrostu (IGF-1) oraz
- insulinę.
Pobór kreatyny do kultur komórkowych wzrastał jeden do trzy razy, a wzrost ten uzależniony był od obecności związku chemicznego i jego stężenia [Odoom i wsp. 1996]. Badania nad insuliną i innymi związkami u ludzi wykazały, że tempo dostawy kreatyny do komórki w organizmie jest podobne do transportu tego związku do komórek w hodowlach komórkowych in vitro. Odpowiedź insulinowa była mocno wzmacniana przez wysoki poziom węglowodanów o wysokim indeksie glikemicznym. W tych warunkach receptor insulinowy wzmaga swoją aktywność powodując wydajniejszy transport kreatyny do komórki [Steenge i wsp. 1998]. Z tego też powodu w praktyce suplementacja kreatyną często kojarzona jest z produktami zawierającymi duże ilości glukozy i jej polimerów powodując silną odpowiedź insulinową.
Skojarzone spożycie węglowodanów wpływało nie tylko korzystnie na pobór kreatyny, ale także na magazynowanie węglowodanów w organizmie w formie glikogenu [Green i wsp. 1996]. Wzrost poboru kreatyny podczas wysiłku fizycznego prawdopodobnie jest następstwem zwiększonego przepływu krwi, ale zmiany w kinetyce transportu osi kreatyna-receptor-komórka nie występują, czyli szybkość przenoszenia kreatyny przez transporter do komórki jest stałe. Hydrofilna postać kreatyny utrudnia jej przenikanie z krwi do przestrzeni międzykomórkowej. Zmniejszony przepływ krwi np.: podczas wypoczynku ogranicza pobór kreatyny przez tkanki powodując, że mięśnie szkieletowe służą, jako wrodzony fizjologiczny rezerwuar kreatyny. Tempo usuwania kreatyny z mięśnia do krwi jest szybsze niż tempo jej poboru z krwi. Prawdopodobnie to nie przypadek, jak sugeruje Robinson i wsp. [Robinson 1999], że wzrost przepływu krwi przez mięśnie podczas odpoczynku lub wysiłku jest związane z zachowaniem homeostazy kreatyny w ustroju. Badacze ci sugerują, że najprawdopodobniej zwiększenie poboru kreatyny przez mięśnie podczas wysiłku jest związane ze zwiększeniem aktywności transporterów kreatyny poprzez zmianę ich stanu ufosforylowania.
Ponadto jest też możliwe, że wysiłek fizyczny powoduje translokację transporterów kreatynowych, podobnie jak wpływają ćwiczenia fizyczne na wewnątrzkomórkową translokację transporterów GLUT-4 dla glukozy [Thorell i wsp. 1999]. Kreatyna we krwi i płynie międzykomórkowym krąży w połączeniu ze specyficznymi białkami, jednakże transport dokomórkowy odbywa się poprzez transportery komórkowe, których rezerwuarem są mięśnie szkieletowe i są one zamknięte w komórce, czyli nie dyfundują do przestrzeni zewnątrzkomórkowej lub dyfundują w bardzo małym tempie [Fitch i wsp. 1968]. Pseudo nieodwracalne pobieranie kreatyny przez mięśnie i dalsza jej konwersja do fosfokreatyny oraz rozkład do kreatyniny może świadczyć o mechanizmie klierensu, podobnym do wzrostu hemopoetycznych czynników wzrostowych i kości [Kuwabara i wsp. 1996].
Klirens kreatyny w mięśniach jest uzależniony od tych samych czynników aktywujących transportery do których możemy zaliczyć: insulinę, katecholaminy i IGF-1, a także wysiłek fizyczny i poziom samej kreatyny w mięśniu. Również na klirens kreatyny w mięśniu ma wpływ ogólna masa mięśniowa, które przyczynia się do indywidualnych cech gospodarki kreatyną oraz sensytywności organizmu na suplementację. Większa masa mięśniowa koreluje z większą liczbą transporterów oraz potencjalnie większą powierzchnią do magazynowania kreatyny. Uznaje się, że ta cecha sprzyja dalszemu zwiększaniu masy mięśniowej oraz szczupłej masy ciała [Persky i wsp. 2003].
Degradacja kreatyny
Kreatyna i fosfokreatyna są nieenzymatycznie rozkładane do kreatyniny w tempie 2g/dzień przy założeniu ilości kreatyny u typowego człowieka (średnia masa ciała 70-75kg), u którego szacuje się całkowitą zawartość kreatyny na poziomie 120g kreatynina i kreatyna usuwane są z organizmu poprzez nerki. Należy również wspomnieć, że spontaniczna degradacja PCr oraz kreatyny do kreatyniny zachodzi z szybkością odpowiednio 2,6% i 1-2% na dzień [Walker 1979, Hoberman 1994, Picou 1976, Crim 1976]. Kreatynina powstaje z kreatyny i fosfokreatyny zatem wzrost zapasów kreatyny zwiększa poziomu krążącej kreatyniny w organizmie. Ponadto ilość kreatyniny jest proporcjonalna do masy mięśniowej i wzrasta podczas wysiłków o wysokiej intensywności [Kargotich 1997]. Powstała kreatynina dyfunduje do krwiobiegu i jest eliminowana przez filtrację kłębuszkową w nerkach [Bjornsson, 1979].
Stwierdzono, że u wegetarian występuje marginalnie niższe stężenie kreatyniny w stosunku do osób na diecie normalnej, co sugeruje, że biosynteza kreatyny i zawartość jej w mięśniach jest u nich również nieznacznie mniejsza [Delanghe 1989]. Wzrost kreatyniny w osoczu sugeruje zmniejszenie klirensu kreatyny, który może być również następstwem uszkodzenia zrazików nerkowych, których funkcjonowanie nie zależy tylko od suplementacji kreatyną. Należy dodać, że poziom kreatyniny jest powszechnie stosowany w diagnostyce medycznej, jako marker prawidłowego funkcjonowania nerek.